一种Ag/AgBr/Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub>异质结构光催化材料及其制备方法

文档序号:10706225阅读:959来源:国知局
一种Ag/AgBr/Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub>异质结构光催化材料及其制备方法
【专利摘要】本发明属于光催化材料研发技术领域,具体涉及利用一种Ag/AgBr/Ga2O3异质结构光催化材料及其制备方法。一种Ag/AgBr/Ga2O3异质结构光催化材料,是由Ga2O3、AgNO3和NaBr制备而成,所述的Ga2O3、AgNO3和NaBr的摩尔比为n(Ga2O3):n(AgNO3):n(NaBr)=1:2:2。本发明的Ag/AgBr/Ga2O3光催化材料显著改善了光生载流子的分离,大大提高了材料的光催化性能,在254nm的紫外光照射下,以Ag/AgBr/Ga2O3为光催化剂降解甲基橙,30min降解率达89%;而以Ag/AgBr和Ga2O3为催化剂,60min降解率分别为74%和48%;本发明的Ag/AgBr/Ga2O3光催化材料的制备方法在室温常压下即可完成实施,成本低、操作简便,易于工业化生产。
【专利说明】
一种Ag/AgBr/Ga2〇3异质结构光催化材料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于光催化材料研发技术领域,具体涉及利用一种Ag/AgBr/Ga203异质结构 光催化材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着经济的发展,人们生活水平不断提高,健康意识也不断加强,最求健康的生存 环境已成为人们的目标。过去,污水处理的常见方法是投加絮凝剂,但该方法存在投加量 多、反应时间长、处理效果差等问题,使得清洁高效、无二次污染的光催化技术受到越来越 多的关注。基于半导体的光催化技术以其可在室温下反应、能将大部分有机污染物彻底矿 化为二氧化碳和水、清洁环保、效率高等特性,被认为是一种理想的环境污染治理技术,常 用的光催化剂是Ti0 2。氧化镓(Ga203)是一种新型的宽禁带半导体光催化剂(Eg = 4.8eV),其 导带电位比Ti02导带电位低,而其价带电位比Ti02价带电位高,因此,理论上Ga 203的还原和 氧化性能均优于Ti02,在光催化技术中更适于难降解有机污染物的处理。然而,宽带隙和较 高的光生载流子复合率限制了 Ga203的光催化活性。为解决这些问题,可通过与窄带隙的半 岛体复合,有助于Ga 203光生电子向窄带隙半导体的导带转移,避免了电子-空穴对的复合, 从而改善光量子效率,提高Ga 203的光催化活性。
[0003] 近年来,溴化银(AgBr)作为一种新兴的光催化材料受到人们的广泛关注,其禁带 宽度为2.7eV,能够被可见光激发出电子-空穴对,是宽带隙材料的有利复合型催化剂。AgBr 的光敏性能使其稳定性能较差,在光照下其表面的Ag+会被光生电子还原为Ag单质,形成 Ag/AgBr,从而改善其稳定性能。由于Ag的费米能级低于AgBr的导带电位,因此AgBr表面的 光生电子能转移到Ag单质的表面,从而提高AgBr光生电子和空穴的分离效率。

【发明内容】

[0004] 为了克服现有技术中氧化镓载流子复合率高的问题,本发明提供一种成本低廉的 高效Ag/AgBr/Ga2〇3异质结构光催化材料及其制备方法。本发明的Ag/AgBr/Ga2〇3异质结构 光催化材料可显著改善氧化镓载流子的分离,提高材料的光催化性能;其制备过程简单,操 作容易,适合工业化生产。
[0005] 为了实现上述发明目的,本发明采用以下技术方案:
[0006] 一种Ag/AgBr/Ga2〇3异质结构光催化材料,是由Ga2〇3、AgN〇3和NaBr制备而成,所述 的Ga2〇 3、AgN03 和NaBr 的摩尔比为n (Ga2〇3): n (AgN03): n (NaBr) = 1:2:2 〇
[0007] 本发明还提供了所述的Ag/AgBr/Ga203异质结构光催化材料的制备方法,包括以下 步骤:
[0008] (1)将Ga2〇3粉末加入到50mL的银源前驱物中,超声,使Ga2〇3粉末均匀分散在银源 前驱物中,待超声完毕后,再磁力搅拌10_30min,得到混合溶液;
[0009] (2)称取NaBr,将其溶解于50mL去离子水中,得到NaBr溶液;边搅拌边将NaBr溶液 滴加到步骤(1)中所得的混合溶液中,滴加完毕后,磁力搅拌,即可得到AgBr/Ga203异质结构 光催化剂;
[0010] ⑶将AgBr/Ga2〇3异质结构光催化剂溶解到50mL去离子水中,通入N2曝气20-30min 以去除水中溶解氧,气流量为40mL/min,用紫外灯对其进行光还原处理,使其界面原位形成 Ag纳米粒子,即得到Ag/AgBr/Ga2〇3异质结构光催化材料。
[0011 ] 作为优选,步骤(1)中所述的银源前驱物为AgN03溶液,其浓度为0. lmol/L。
[0012] 作为优选,步骤(1)中Ga2〇3的量按比例n(Ga2〇3) :n(AgBr) = l :2计算。
[0013] 作为优选,步骤(1)中超声的时间为20-30min。
[0014]作为优选,步骤(2)中NaBr的量为n(NaBr) :n(AgN〇3) = 1:1。
[0015]作为优选,步骤(2)中磁力搅拌的时间为l_2h。
[0016]作为优选,步骤(2)中的操作需在避光下进行。
[00?7]作为优选,步骤(3)中所述的紫外灯的波长254nm。
[0018]与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
[0019] 1.本发明的Ag/AgBr/Ga2〇3光催化材料显著改善了光生载流子的分离,大大提高了 材料的光催化性能,在254nm的紫外光照射下,以Ag/AgBr/Ga2〇3为光催化剂降解甲基橙, 30min降解率达89% ;而以Ag/AgBr和Ga2〇3为催化剂,60min降解率分别为74%和48%。
[0020] 2.本发明的Ag/AgBr/Ga2〇3光催化材料的制备方法在室温常压下即可完成实施,成 本低、操作简便,易于工业化生产。
【附图说明】
[0021 ]图1是本发明的Ag/AgBr/Ga2〇3光催化材料产品的场发射扫描电子显微镜图;
[0022]图2是本发明的Ag/AgBr/Ga2〇3光催化材料产品的X-射线衍射图;
[0023]图3是本发明的Ag/AgBr/Ga2〇3光催化材料产品的紫外-可见漫反射图;
[0024]图4是本发明的Ag/AgBr/Ga203光催化材料产品的光催化降解甲基橙的光催化活性 图。
【具体实施方式】
[0025] 以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。在不背离本发明精神 和本质的情况下,对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换,均属于本发明的范围。
[0026] 实施例1:
[0027] 一种Ag/AgBr/Ga2〇3异质结构光催化材料,是由Ga2〇3、AgN〇3和NaBr制备而成,所述 的Ga 2〇3、AgN03 和NaBr 的摩尔比为n (Ga2〇3): n (AgN03): n (NaBr) = 1:2:2 〇
[0028]所述的Ag/AgBr/Ga2〇3异质结构光催化材料的制备方法,包括以下步骤:
[0029] (1)将Ga203粉末加入到50mL的银源前驱物中,超声,使Ga20 3粉末均匀分散在银源 前驱物中,待超声完毕后,再磁力搅拌l〇min,得到混合溶液;所述的银源前驱物为AgN03溶 液,其浓度为〇 . lmol/L;Ga2〇3的量按比例n(Ga2〇3) :n(AgBr) = 1: 2计算;超声的时间为 20min;
[0030] (2)称取NaBr,将其溶解于50mL去离子水中,得到NaBr溶液;边搅拌边将NaBr溶液 滴加到步骤(1)中所得的混合溶液中,滴加完毕后,磁力搅拌,即可得到AgBr/Ga 2〇3异质结构 光催化剂;NaBr的量为n(NaBr) :n(AgN〇3) = 1:1;磁力搅拌的时间为lh;该步骤中的操作需 在避光下进行;
[0031] (3)将AgBr/Ga2〇3异质结构光催化剂溶解到50mL去离子水中,通入N2曝气20min以 去除水中溶解氧,气流量为40mL/min,用紫外灯对其进行光还原处理,使其界面原位形成Ag 纳米粒子,即得到Ag/AgBr/Ga2〇3异质结构光催化材料;所述的紫外灯的波长254nm。
[0032] 实施例2:
[0033] 一种Ag/AgBr/Ga2〇3异质结构光催化材料,是由Ga2〇3、AgN〇3和NaBr制备而成,所述 的Ga 2〇3、AgN03 和NaBr 的摩尔比为n (Ga2〇3): n (AgN03): n (NaBr) = 1:2:2 〇
[0034]所述的Ag/AgBr/Ga2〇3异质结构光催化材料的制备方法,包括以下步骤:
[0035] (1)将Ga203粉末加入到50mL的银源前驱物中,超声,使Ga20 3粉末均匀分散在银源 前驱物中,待超声完毕后,再磁力搅拌30min,得到混合溶液;所述的银源前驱物为AgN03溶 液,其浓度为〇 . lmol/L;Ga2〇3的量按比例n(Ga2〇3) :n(AgBr) = 1: 2计算;超声的时间为 30min;
[0036] (2)称取NaBr,将其溶解于50mL去离子水中,得到NaBr溶液;边搅拌边将NaBr溶液 滴加到步骤(1)中所得的混合溶液中,滴加完毕后,磁力搅拌,即可得到AgBr/Ga2〇3异质结构 光催化剂;NaBr的量为n(NaBr) :n(AgN〇3) = 1:1;磁力搅拌的时间为2h;该步骤中的操作需 在避光下进行;
[0037] (3)将AgBr/Ga2〇3异质结构光催化剂溶解到50mL去离子水中,通入N2曝气30min以 去除水中溶解氧,气流量为40mL/min,用紫外灯对其进行光还原处理,使其界面原位形成Ag 纳米粒子,即得到Ag/AgBr/Ga2〇3异质结构光催化材料;所述的紫外灯的波长254nm。
[0038] 实施例3:
[0039] 一种Ag/AgBr/Ga2〇3异质结构光催化材料,是由Ga2〇3、AgN〇3和NaBr制备而成,所述 的Ga 2〇3、AgN03 和NaBr 的摩尔比为n (Ga2〇3): n (AgN03): n (NaBr) = 1:2:2 〇
[0040] 所述的Ag/AgBr/Ga2〇3异质结构光催化材料的制备方法,包括以下步骤:
[00411 (1)将Ga203粉末加入到50mL的银源前驱物中,超声,使Ga20 3粉末均匀分散在银源 前驱物中,待超声完毕后,再磁力搅拌20min,得到混合溶液;所述的银源前驱物为AgN03溶 液,其浓度为0 . lmol/L;Ga203的量按比例n(Ga203) :n(AgBr) = 1: 2计算;超声的时间为 25min;
[0042] (2)称取NaBr,将其溶解于50mL去离子水中,得到NaBr溶液;边搅拌边将NaBr溶液 滴加到步骤(1)中所得的混合溶液中,滴加完毕后,磁力搅拌,即可得到AgBr/Ga2〇3异质结构 光催化剂;似131'的量为11(似131'):11(48勵3) = 1:1;磁力搅拌的时间为1.511;该步骤中的操作 需在避光下进行;
[0043] (3)将AgBr/Ga2〇3异质结构光催化剂溶解到50mL去离子水中,通入N2曝气25min以 去除水中溶解氧,气流量为40mL/min,用紫外灯对其进行光还原处理,使其界面原位形成Ag 纳米粒子,即得到Ag/AgBr/Ga2〇3异质结构光催化材料;所述的紫外灯的波长254nm。
[0044]使用上述实施例1-3得到的Ag/AgBr/Ga2〇3光催化材料在254nm的紫外光照射下,以 Ag/AgBr/Ga2〇3为光催化剂降解甲基橙,对其降解能力进行分析,结果表1所示。
[0045]表1本发明的Ag/AgBr/Ga203光催化材料的性能分析

[0047]注:对照1采用的光催化剂为Ag-AgBr;对照2采用的光催化剂为Ga203。
[0048]由表1、图4可知,本发明实施例1-3中所述的Ag/AgBr/Ga2〇3为光催化剂降解甲基 橙,30min降解率达89%以上,60min降解率达94%以上;而对照1中30min降解率达65%, 60min降解率达74%;对照2中30min降解率达32%以上,6〇11^11降解率达48%。
[0049]综上所述,本发明提供的Ag/AgBr/Ga203光催化材料显著改善了光生载流子的分 离,大大提高了材料的光催化性能;本发明的Ag/AgBr/Ga2〇3光催化材料的制备方法在室温 常压下即可完成实施,成本低、操作简便,易于工业化生产。
【主权项】
1. 一种Ag/AgBr/Ga2〇3异质结构光催化材料,是由Ga2〇3、AgN〇3和NaBr制备而成,其特征 在于,所述的Ga 2〇3、AgN03和NaBr的摩尔比为n(Ga2〇 3):n(AgN03):n(NaBr) = 1:2:2。2. 根据权利要求1所述的Ag/AgBr/Ga2〇3异质结构光催化材料的制备方法,其特征在于, 包括以下步骤: (1) 将Ga2〇3粉末加入到50mL的银源前驱物中,超声,使Ga2〇 3粉末均匀分散在银源前驱物 中,待超声完毕后,再磁力搅拌10_30min,得到混合溶液; (2) 称取NaBr,将其溶解于50mL去离子水中,得到NaBr溶液;边搅拌边将NaBr溶液滴加 到步骤(1)中所得的混合溶液中,滴加完毕后,磁力搅拌,即可得到AgBr/Ga 2〇3异质结构光催 化剂; (3) 将AgBr/Ga2〇3异质结构光催化剂溶解到50mL去离子水中,通入N2曝气20-30min以去 除水中溶解氧,气流量为40mL/min,用紫外灯对其进行光还原处理,使其界面原位形成Ag纳 米粒子,即得到Ag/AgBr/Ga2〇3异质结构光催化材料。3. 根据权利要求2所述的Ag/AgBr/Ga2〇3异质结构光催化材料的制备方法,其特征在于, 步骤(1)中所述的银源前驱物为AgN0 3溶液,其浓度为0. lmol/L。4. 根据权利要求2所述的Ag/AgBr/Ga2〇3异质结构光催化材料的制备方法,其特征在于, 步骤(1)中Ga2〇3的量按比例n(Ga2〇3) :n(AgBr) = l :2计算。5. 根据权利要求2所述的Ag/AgBr/Ga2〇3异质结构光催化材料的制备方法,其特征在于, 步骤(1)中超声的时间为20_30min。6. 根据权利要求2所述的Ag/AgBr/Ga2〇3异质结构光催化材料的制备方法,其特征在于, 步骤(2)中NaBr的量为n(NaBr) :n(AgN〇3) = 1:1。7. 根据权利要求2所述的Ag/AgBr/Ga2〇3异质结构光催化材料的制备方法,其特征在于, 步骤(2)中磁力搅拌的时间为1-2h。8. 根据权利要求2所述的Ag/AgBr/Ga2〇3异质结构光催化材料的制备方法,其特征在于, 步骤(2)中的操作需在避光下进行。9. 根据权利要求2所述的Ag/AgBr/Ga2〇3异质结构光催化材料的制备方法,其特征在于, 步骤(3)中所述的紫外灯的波长254nm〇
【文档编号】B01J27/125GK106076373SQ201610442112
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月20日
【发明人】喻泽斌, 刘晴, 胡晓, 李明洁
【申请人】广西大学
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