CN104014355A

CN104014355A - 一种可见光催化剂的制备方法

Info

Publication number: CN104014355A
Application number: CN201410277580.9A
Authority: CN
Inventors: 顾修全; 张双; 强颖怀; 朱磊; 赵宇龙
Original assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Priority date: 2014-06-19
Filing date: 2014-06-19
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2034-06-19
Also published as: CN104014355B

Abstract

一种可见光催化剂的制备方法，属于催化剂的制备方法。可见光催化剂为磷酸钴Co₃(PO₄)₂纳米片与磷酸银Ag₃PO₄纳米颗粒的复合结构，是通过化学偏聚法制备而成的，即预先配置硝酸银AgNO₃和硝酸钴Co(NO₃)₃的混合溶液，再向其中逐滴加入磷酸氢二铵(NH₄)₂HPO₄溶液直至大量沉淀产生；在可见光降解甲基橙的过程中，相比较同等质量的纯磷酸银Ag₃PO₄，该复合结构不论稳定性还是光氧化活性均得到显箸增强。其优势不仅在于可用于处理、降解甲基橙等染料废水，还可用来光解水以制取氢气或氧气，在捕获太阳光的同时，有效地促进光生载流子转移。优点：有效表面积大；合成简单，界面晶格匹配性好，有利于提高其催化活性；通过控制两种组分间的比例可使光催化活性进一步得以优化。

Description

一种可见光催化剂的制备方法

技术领域

本发明涉及一种催化剂的制备方法，具体的是一种可见光催化剂的制备方法。

背景技术

太阳能是一种清洁、丰富、永不枯竭的资源，应用前景十分广阔。其中一个重要的用途就是太阳光催化。它包括光解水和光降解两种类型，即利用半导体捕获太阳光使水分解，或使污染物降解。最常见的光催化剂为TiO₂，它具有化学性质稳定、成本低廉、表面积大等优点，然而过宽的带隙使其仅能利用太阳光中极少的一部分紫外光。

Ag₃PO₄由于其室温下2.37eV的带隙宽度和高达90％的量子产率，被认为是一种理想的可见光催化剂材料。目前，Ag₃PO₄晶体的制备已经取得了重大进展，然而单相结构无论循环稳定性还是降解甲基橙的能力均较差。近年来，相当多的研究致力于获得一种基于Ag₃PO₄的复合光催化剂，如Ag₃PO₄/CNT、Ag₃PO₄/AgBr、Ag₃PO₄/SnO₂等。然而，目前还没有关于磷酸银Ag₃PO₄与磷酸钴Co₃(PO₄)₂的复合光催化剂的报道。

发明内容

本发明的目的是要提供一种可见光催化剂的制备方法，以提高传统光催化的活性和稳定性。

本发明的目的是这样实现的，该催化剂的制备方法所使用的材料为磷酸钴基复合半导体光催化剂，由磷酸钴Co₃(PO₄)₂纳米片和磷酸银Ag₃PO₄纳米颗粒组成，磷酸银Ag₃PO₄纳米颗粒均匀负载在磷酸钴Co₃(PO₄)₂纳米片上；所述的磷酸钴Co₃(PO₄)₂纳米片的厚度为100～200nm，磷酸银Ag₃PO₄纳米颗粒的粒径为200～500nm；

制备方法采用化学偏聚法，包括以下步骤：

a)硝酸银、硝酸钴混合水溶液的配制：称量0.051～0.17g硝酸银粉末和0.081～0.29g硝酸钴粉末溶于100g去离子水中，得到两者的混合水溶液，硝酸银和硝酸钴的浓度分别为0.051～0.17％和0.081～0.29％；

b)磷酸氢二氨水溶液的配制：磷酸氢二氨水溶液的配制：称量0.087～0.194g磷酸氢二氨粉末溶于50g去离子水中，得到浓度为0.194～0.388％的磷酸氢二氨水溶液；

c)可见光催化剂的制备：将浓度为0.194～0.388％的磷酸氢二氨水溶液逐滴滴加到硝酸银与硝酸钴混合水溶液中，硝酸银与硝酸钴浓度分别为0.051～0.17％和0.081～0.29％；在0～80℃冰浴或水浴中磁力搅拌2～10h，将沉淀物离心分离后用去离子水、无水乙醇反复清洗多次，经真空干燥，即得到磷酸银/磷酸钴纳米复合可见光光催化剂。

有益效果：由于采用了上述方案，可见光催化剂为磷酸钴Co₃(PO₄)₂纳米片与磷酸银Ag₃PO₄纳米颗粒的复合结构，是通过化学偏聚法制备而成的，即预先配置硝酸银AgNO₃和硝酸钴Co(NO₃)₃的混合溶液，再向其中逐滴加入磷酸氢二铵(NH₄)₂HPO₄溶液直至大量沉淀产生；在可见光降解甲基橙的过程中，相比较等量的纯磷酸银Ag₃PO₄，该复合结构不论稳定性还是光氧化活性均得到显箸增强。

磷酸银Ag₃PO₄与磷酸钴Co₃(PO₄)₂复合光催化剂的使用可促进了光生载流子的分离，增强了其活性和稳定性。另一方面，磷酸钴为纳米薄片状结构，它不仅能够提供较大的表面积用以负载磷酸银Ag₃PO₄，而且还能为电子的传输提供快速的通道。因此，将磷酸钴作为基体来合成磷酸银Ag₃PO₄的复合结构，大大提高了其光催化活性和稳定性。

磷酸钴/磷酸银Co₃(PO₄)₂/Ag₃PO₄光催化剂及其制备方法，其优势不仅在于可用于处理、降解甲基橙等染料废水，还可用来光解水以制取氢气或氧气，在捕获太阳光的同时，有效地促进光生载流子转移。

该可见光催化剂的优点是：

1)磷酸钴Co₃(PO₄)₂纳米片作为基体，提供的有效表面积大；

2)磷酸钴Co₃(PO₄)₂和磷酸银Ag₃PO₄同属于磷酸盐晶体，不仅合成简单，而且界面晶格匹配性好，有利于提高其催化活性；

3)通过对磷酸钴Co₃(PO₄)₂纳米片尺寸的调节，可以使复合半导体的光催化活性进一步得以优化。

附图说明

图1为本发明Ag₃PO₄/Co₃(PO₄)₂可见光催化剂的结构示意图，其中的Ag₃PO₄为颗粒，Co₃(PO₄)₂为纳米片。

图2为本发明Ag₃PO₄/Co₃(PO₄)₂可见光催化剂的制备过程。

图3为本发明Ag₃PO₄/Co₃(PO₄)₂可见光催化剂的扫描电镜图片。

图4为本发明Ag₃PO₄/Co₃(PO₄)₂可见光催化剂的XRD图片。

图5为本发明Ag₃PO₄/Co₃(PO₄)₂光催化剂的光降解特性曲线(针对甲基橙溶液)，它在50min内能够将甲基橙基本降解完全。

图6为本发明Ag₃PO₄/Co₃(PO₄)₂光催化剂的光降解循环特性曲线(针对甲基橙溶液)，经过四次循环后仍然具有较好的光降解活性。

具体实施方式

实施例1：本发明的可见光催化剂的制备方法，所使用的材料为磷酸钴基复合半导体光催化剂，由磷酸钴Co₃(PO₄)₂纳米片和磷酸银Ag₃PO₄纳米颗粒组成，磷酸银Ag₃PO₄纳米颗粒均匀负载在磷酸钴Co₃(PO₄)₂纳米片上；所述的磷酸钴Co₃(PO₄)₂纳米片的厚度为100～200nm，磷酸银Ag₃PO₄纳米颗粒的粒径为200～500nm；

制备方法采用化学偏聚法，包括以下步骤：

a)配制硝酸银、硝酸钴混合水溶液：称量0.1105g硝酸银粉末和0.1855g硝酸钴粉末溶于100g去离子水中，得到两者的混合水溶液；硝酸银和硝酸钴的质量百分比浓度分别为0.1105％和0.1855％；

b)配制磷酸氢二氨水溶液：称量0.1405g磷酸氢二氨粉末溶于50g去离子水中，得到浓度为0.291％的磷酸氢二氨水溶液；

c)可见光催化剂的制备：将质量百分比浓度为0.194～0.388％的磷酸氢二氨水溶液逐滴滴加到质量百分比浓度分别为0.051～0.17％和0.081～0.29％的硝酸银与硝酸钴混合水溶液中，在0～80℃冰浴或水浴中磁力搅拌6h，将沉淀物离心分离后用去离子水、无水乙醇反复清洗多次，经真空干燥，即得到磷酸钴/磷酸银Ag₃PO₄/Co₃(PO₄)₂复合可见光催化剂。

实施例2：可见光催化剂的制备方法：

a)硝酸银、硝酸钴混合水溶液的配制：称量0.051g硝酸银粉末和0.081g硝酸钴粉末溶于100g去离子水中，得到混合水溶液，其中硝酸银的质量百分比浓度为0.05％，硝酸钴的质量百分比浓度为0.08％；

b)磷酸氢二氨水溶液的配制：称量0.087g磷酸氢二氨粉末溶于50g去离子水中，得到浓度为0.194％的磷酸氢二氨水溶液；

c)可见光催化剂的制备：将上述质量百分比浓度为0.194％的磷酸氢二氨水溶液逐滴滴加到硝酸银与硝酸钴混合水溶液中，其中硝酸银的质量百分比浓度为0.05％，硝酸钴的质量百分比浓度为0.08％；在0～80℃冰浴或水浴中磁力搅拌2h，将沉淀物离心分离后用去离子水、无水乙醇反复清洗多次，经真空干燥，即得到磷酸银/磷酸钴纳米复合可见光催化剂。

实施例3：可见光催化剂的制备方法：

首先，配制100g质量百分比浓度分别为0.17％和0.29％的磷酸银AgNO₃和磷酸钴Co(NO₃)₃水溶液，将两者混合。再向其中逐滴加入质量百分比浓度为0.388％的(NH₄)₂HPO₄水溶液100g，磁力搅拌10h，将沉淀物离心分离，将沉淀物离心分离后用去离子水、无水乙醇反复清洗多次，经真空干燥得到磷酸银/磷酸钴纳米复合可见光催化剂。其它与实施例1同。

Claims

1.一种可见光催化剂的制备方法，其特征是：采用由磷酸钴Co₃(PO₄)₂纳米片和磷酸银Ag₃PO₄纳米颗粒组成的磷酸钴基复合半导体光催化剂，磷酸银Ag₃PO₄纳米颗粒均匀负载在磷酸钴Co₃(PO₄)₂纳米片上；所述的磷酸钴Co₃(PO₄)₂纳米片的厚度为100～200nm，磷酸银Ag₃PO₄纳米颗粒的粒径为200～500nm；

制备方法采用化学偏聚法，包括以下步骤：

a)配制硝酸银、硝酸钴混合水溶液：称量0.051～0.17g硝酸银粉末和0.081～0.29g硝酸钴粉末溶于100g去离子水中，得到两者的混合水溶液；硝酸银和硝酸钴的浓度分别为0.051～0.17％和0.081～0.29％；

b)配制磷酸氢二氨水溶液：称量0.087～0.194g磷酸氢二氨粉末溶于50g去离子水中，得到浓度为0.194～0.388％的磷酸氢二氨水溶液；

c)可见光催化剂的制备：将浓度为0.194～0.388％的磷酸氢二氨水溶液逐滴滴加到浓度分别为0.051～0.17％和0.081～0.29％的硝酸银与硝酸钴混合水溶液中，在0～80℃冰浴或水浴中磁力搅拌2～10h，将沉淀物离心分离后用去离子水、无水乙醇反复清洗多次，经真空干燥，即得到磷酸钴/磷酸银Ag₃PO₄/Co₃(PO₄)₂复合可见光催化剂。