一种自支撑AgI复合光催化剂材料及其制备方法和应用与流程

本发明属于新能源纳米材料合成及光化学技术领域，具体地说，涉及一种自支撑AgI复合光催化剂材料及其制备方法和应用。

背景技术：

随着越来越多的国家进入工业化阶段，21世纪将是能源消耗和环境污染爆炸式增长的世纪。化石能源(石油、天然气、煤炭)逐渐趋于枯竭，可用量严重减少，急需发展一种新型的可应用能源。同时，大量纺织、印染等工业污水的排放加剧了水体污染，且大多数染料含有苯、萘、蒽、醌等芳香基团，具有很强的污染性；另外染料废水中的卤化物、硝基物、氨基物、苯胺酚等有机物颜色很深，也具有很强的毒性，水体污染问题亟待解决。

取之不尽、用之不竭的太阳能一直都是理想的能源，既经济又环保。一旦找到合适的太阳光驱动的半导体即可实现染料的绿色降解及清洁能源的制备。AgI作为新型可见光驱动催化剂，具有很强的可见光光催化活性，在光化学领域有着非常广阔的应用前景。但是目前已经报导的AgI基可见光催化剂多为粉体材料，在催化剂使用过程中离心分离、洗涤等操作繁琐，而且残留在反应中会造成水的二次污染，不利于工业化应用。

而自支撑AgI光催化剂反应后可直接从反应体系中分离，简单清洁后可进行重复利用，有望实现光催化剂的实际应用。因此，制备理想的新型自支撑AgI复合材料作为可见光催化剂的研究是该领域具有挑战性的新课题。

技术实现要素：

本发明提供了一种自支撑AgI复合光催化剂材料及其制备方法和应用，解决了目前没有关于自支撑AgI复合光催化剂方面应用的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一方面，本发明提供了一种自支撑AgI复合光催化剂材料，所述材料为柔性纤维膜，形貌为聚丙烯腈(PAN)纳米纤维表面负载AgI纳米粒子的一维纤维结构。

另一方面，本发明还提供了上述自支撑AgI复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)利用静电纺丝制备PAN纳米纤维膜；

(2)通过无电镀工艺(化学镀工艺)制备PAN/Ag复合纳米纤维膜；

(3)利用单质银与单质碘的化合反应，制备PAN/AgI复合纳米纤维膜。

进一步地，上述自支撑AgI复合光催化剂具体制备步骤如下：

(1)PAN/Ag复合纳米纤维的制备：配备质量分数5％-10％的PAN/DMF溶液，利用静电纺丝制备PAN纳米纤维膜；配备0.05-0.2mol/L的NaBH₄溶液，将纤维膜浸泡；配备A溶液：0.5-1gAgNO₃、30-50ml H₂O、1-2ml NH₃H₂O；另配备B溶液：2-5g酒石酸钾钠、30-50ml H₂O；将PAN纳米纤维膜浸入所述A溶液中，将所述B溶液加入到A溶液中，搅拌反应1-3h，取出PAN/Ag纳米纤维膜先后用去离子水和乙醇洗涤3-4次，干燥；

(2)配备一定浓度的单质碘/乙醇溶液，将步骤(1)制得的PAN/Ag复合纳米纤维膜浸入100-150mL该溶液中，搅拌12-14h，取出纤维膜后用去离子水和乙醇洗涤3-4次，干燥。

其中，所述步骤(2)中利用单质银与单质碘直接化合反应。

所述步骤(2)中的单质碘/乙醇溶液(碘的乙醇溶液)的浓度为0.001-0.01mol/L。

上述自支撑AgI复合光催化剂材料在可见光催化降解方面的应用。

上述自支撑AgI复合光催化剂材料在可见光降解染料和无色有机污染物方面的应用。

本发明所述的PAN/Ag复合纳米纤维膜，是通过PAN/Ag纳米纤维膜与单质碘直接反应得到的，每根纤维表面是由AgI纳米粒子直接覆盖组成的，除了具有较好的可见光催化降解性能，材料还保留了PAN纳米纤维膜的自支撑和柔性。

本发明通过简单的单质银与单质碘化合反应实现了AgI纳米材料的合成。首先，将PAN前驱体溶液通过静电纺丝形成PAN纳米纤维膜，然后通过无电镀的方法将在PAN纳米纤维表面沉积一层导电银壳层，再将PAN/Ag纳米纤维膜浸入单质碘的乙醇溶液中反应。

上述自支撑柔性AgI复合纳米纤维膜材料可用于光催化降解污染物领域。

本发明可用于可见光催化反应，是符合新能源开发与环境保护需求的新型可见光催化剂材料。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：

本发明通过简单的单质化合反应制备PAN纳米纤维负载AgI纳米粒子的自支撑柔性复合纤维膜，为AgI纳米材料的合成提供了一种新的途径，所得到的AgI复合纳米纤维膜既具有AgI的可见光催化性能，又保留了PAN纳米纤维膜的自支撑和柔性，在光催化反应中易于简单分离及重复利用。

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

以下结合附图，详细说明本发明的优点和特征。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为实施例1制备的自支撑AgI复合光催化剂的SEM图片；

图2为实施例1制备的自支撑AgI复合光催化剂的XRD谱图；

图3为实施例1合成的自支撑AgI复合光催化剂的光催化性能数据图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底了解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

以下结合附图对本发明的实施例做详细描述。

本发明采用静电纺丝制备的聚丙烯腈纳米纤维膜为支撑，采用无电镀工艺在纤维表面沉积一层导电银壳层，利用银与碘单质直接反应，将表面银转变为AgI，通过调控碘单质用量，从而制备出聚丙烯腈纳米纤维负载AgI或AgI/Ag纳米粒子的复合纤维膜。该材料表现出优异的光催化性能，适用于新能源开发领域。

本发明的自支撑AgI复合光催化剂材料为柔性纤维膜，形貌为聚丙烯腈(PAN)纳米纤维表面负载AgI纳米粒子的一维纤维结构。

上述自支撑AgI复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)利用静电纺丝制备PAN纳米纤维膜；

(2)通过无电镀工艺制备PAN/Ag复合纳米纤维膜；

(3)利用单质银与单质碘的化合反应，制备PAN/AgI复合纳米纤维膜。

实施例1

自支撑AgI复合光催化剂的制备

(1)PAN/Ag复合纳米纤维的制备：配备质量分数5％-10％的PAN/DMF溶液，利用静电纺丝制备PAN纳米纤维膜；配备0.1mol/L的NaBH₄溶液，将纤维膜浸泡；配备A溶液：0.6gAgNO₃、30ml H₂O、1.5ml NH₃H₂O；另配备B溶液：3g酒石酸钾钠、30ml H₂O；将PAN纳米纤维膜浸入A溶液中，将B溶液加入到A溶液中，搅拌反应1-3h，取出PAN/Ag纳米纤维膜先后用去离子水和乙醇洗涤3次，干燥；

(2)配备浓度为0.005mol/L的单质碘/乙醇溶液，将PAN/Ag复合纳米纤维膜分别浸入25ml、50ml、75ml、100ml的该溶液中，搅拌12h，取出纤维膜后用去离子水和乙醇洗涤3次，干燥，即得到自支撑AgI复合光催化剂。

图1为实施例1制备的自支撑AgI复合光催化剂的SEM图片，可以看出合成的AgI呈块状附着在PAN纤维上，粒径、形貌比较均一。

图2为实施例1制备的自支撑AgI复合光催化剂的XRD谱图，证明得到的产物为六方相的AgI纤维。

自支撑AgI复合光催化剂的光催化性能

上述实施例1制备的自支撑AgI复合光催化剂材料在可见光催化降解方面的应用，尤其是在可见光降解染料和无色有机污染物方面的应用。

将实施例1得到的自支撑AgI复合光催化剂均匀剪开浸泡于罗丹明B(双酚A)溶液中，于黑暗中吸附1h，利用可见光降解罗丹明B(双酚A)从而测试其光催化性能。

图3为实施例1合成的不同比例的自支撑AgI复合光催化剂的光催化性能数据图，a为不同比例的自支撑AgI复合光催化剂的紫外可见光谱，b为不同比例的自支撑AgI复合光催化剂降解罗丹明B图，c为PAN/Ag/AgI-100循环降解罗丹明B；d为PAN/Ag/AgI-100循环降解双酚A。由图可见本发明实施例1制得的不同比例的自支撑AgI复合光催化剂具有表面等离子共振效应，而且从b、c、d可以看出得到的PAN/Ag/AgI-100拥有最好的光催化性能。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。