一种可见光催化剂的制备方法
【专利摘要】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。
【专利说明】一种可见光催化剂的制备方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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Ag3P04/CNT、Ag3P04/AgBr、Ag3P04/Sn02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】
[0004]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。
[0005]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 ；
[0006]制备方法采用化学偏聚法，包括以下步骤:
[0007]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IOOg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% ；
[0008]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；
[0009]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O?80°C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。
[0010]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) 2ΗΡ04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。
[0011]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。
[0012]磷酸钴/磷酸银Co3 (PO4) 2/Ag3P04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。
[0013]该可见光催化剂的优点是:
[0014]I)磷酸钴Co3(PO4)2纳米片作为基体，提供的有效表面积大；
[0015]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；
[0016]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。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明Ag3P04/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。
[0018]图2为本发明Ag3P04/Co3 (PO4)2可见光催化剂的制备过程。
[0019]图3为本发明Ag3P04/Co3 (PO4)2可见光催化剂的扫描电镜图片。
[0020]图4为本发明Ag3P04/Co3 (PO4)2可见光催化剂的XRD图片。
[0021]图5为本发明Ag3P04/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。
[0022]图6为本发明Ag3P04/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】
[0023]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 ；
[0024]制备方法采用化学偏聚法，包括以下步骤:
[0025]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IOOg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% ；
[0026]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；
[0027]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O?80°C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Ag3P04/Co3 (PO4) 2复合可见光催化剂。
[0028]实施例2:可见光催化剂的制备方法:
[0029]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0.0Slg硝酸钴粉末溶于IOOg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% ;
[0030]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；
[0031]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O?80°C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。
[0032]实施例3:可见光催化剂的制备方法:
[0033]首先，配制IOOg质量百分比浓度分别为0.17%和0.29%的磷酸银AgNOjP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。
【权利要求】
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O~80°C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Ag3P04/Co3 (PO4)2复合可见光催化剂。
【文档编号】B01J27/185GK104014355SQ201410277580
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月19日 优先权日:2014年6月19日
【发明者】顾修全, 张双, 强颖怀, 朱磊, 赵宇龙 申请人:中国矿业大学