一种Ag₂S/Ag₃PO₄复合光催化剂的制备方法

专利名称：一种Ag₂S/Ag₃PO₄复合光催化剂的制备方法
技术领域：
本发明属于化学化工及环保工程技术领域，具体涉及一种Ag2SAg3PO4复合光催化剂的制备方法，该复合光催化剂用于降解有机污染物具有高于纯磷酸银的光催化活性。
背景技术：
半导体光催化技术可在室温下直接利用太阳光将有机污染物氧化降解，或将水分解制氢。因此，通过光催化方法，充分利用太阳光来降解有机污染物、分解水制氢，是解决目前环境污染和能源短缺问题的一条有利途径。光催化剂的合理设计是决定光催化性能的核心因素，一般需要考虑两个方面的问题(1)量子效率。光催化过程中的光生电子一空穴容易复合，这将导致光催化剂的量子效率显著降低，从而使其光催化活性显著降低。(2)光吸收区间。紫外光只占太阳光总能量的4%左右，而可见光则占太阳光总能量的46%左右。因 此，利用太阳能的关键在于利用太阳光中的可见光。从而，高效的可见光催化剂在当今环境保护和能源利用领域具有重要的应用前景。2010年文献首次报道，Ag3PO4半导体作为一种新型的具有高量子效率的可见光催化剂，其降解有机污染物的活性远高于BiV04、AgBr, AgI和N掺杂TiO2等常见的可见光催化齐U。因此，Ag3PO4光催化剂引起了人们极大的研究兴趣。然而，将Ag3PCU^可见光催化活性进一步提高以获得更高性能的光催化剂具有较大的挑战性。前人研究结果表明，选择能带结构匹配的两种半导体，将光催化剂设计成复合半导体的形式，可使光催化过程中的光生电子和空穴分别流向不同的半导体，从而使光生电子一空穴在空间上得以有效分离，籍此提闻光催化活性。

发明内容
本发明的目的在于提供一种通过对Ag3PO4进行掺杂，制备比纯Ag3PO4光催化活性更高的Ag2S/Ag3P04新型复合可见光催化剂的方法。本发明方法包括如下顺序的步骤
(I )Ag3P04光催化剂的制备在室温下，将AgNO3水溶液、氨水、NaH2PO4水溶液一起搅拌，将得到的产物洗涤、干燥后，即得Ag3PO4光催化剂；
(2)Ag2S/Ag3P04复合光催化剂的制备在室温下，按照一定的S/P摩尔比，将步骤(I)所得Ag3PO4置于Na2S水溶液中搅拌，将得到的产物洗涤、干燥后，再在一定的温度下焙烧，所得产物即为Ag2SAg3PO4复合光催化剂。更具体地说，步骤(2)中，所述初始原料中的S/P摩尔比的范围为O. 05 - O. 40，焙烧温度的范围为250 — 350 °C。本发明通过离子交换的方法在Ag3PO4表面掺杂Ag2S,再进行焙烧，得到一系列新型的Ag2SAg3PO4复合可见光催化剂，在将其应用于罗丹明B的光催化降解研究中发现，通过对初始原料的S/P摩尔比及焙烧温度的简单调控，可使复合光催化剂获得比纯Ag3PO4明显要高的光催化活性。本发明提供的这种用于提高Ag3PO4光催化活性的方法具有简单方便、易于操作的特点。本发明所得的这种Ag2SAg3PO4可见光催化剂至今未见专利和文献报道，这种新型的可见光催化剂在有机污染物氧化降解、水分解制氢等领域有着潜在的应用前景。


图I 为 Ag2S/Ag3P04、Ag3PO4 光催化剂的 XRD 图。图2 为 Ag2S/Ag3P04、Ag3PO4 光催化剂的 UV-Vis DRS 图。图3 为 Ag2S/Ag3P04、Ag3PO4 光催化剂的 SEM 图。图4为Ag2S/Ag3P04、Ag3PO4,Ag2S光催化剂的活性结果图；其中，C0为光催化剂加入前罗丹明B的初始浓度，即8. O mg/L，C为光催化过程中任一时刻下罗丹明B的浓度。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。(I) Ag3PO4光催化剂的制备过程如下
在室温下，将AgNO3水溶液、氨水、NaH2PO4水溶液一起搅拌，再将得到的产物洗涤、干燥，取出一部分产物，将其在不同的温度下焙烧，未焙烧和焙烧后的产物统称为Ag3PO4光催化剂，Ag3PO4光催化剂留待实验备用。(2) Ag2S光催化剂的制备过程如下
在室温下，将AgNO3水溶液、Na2S水溶液一起搅拌，再将得到的产物洗涤、干燥，取出一部分产物，将其在不同的温度下焙烧，未焙烧和焙烧后的产物统称为Ag2S光催化剂，Ag2S光催化剂留待实验备用。(3)本发明的Ag2S/Ag3P04复合光催化剂的制备过程如下
在室温下，将Ag3PO4置于Na2S水溶液中搅拌，再将得到的产物洗涤、干燥，取出一部分产物，将其在不同的温度下焙烧，未焙烧和焙烧后的产物统称为Ag2SAg3PO4光催化剂。(4)光催化剂的表征
通过X-射线粉末衍射(XRD)实验表征光催化剂的晶相如图I所示，通过紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)实验表征光催化剂的光吸收区间如图2所示，通过扫描电镜(SEM)实验表征光催化剂的形貌和颗粒大小如图3所示。(5)光催化活性的评价
在室温下，以罗丹明B为底物，用波长大于420 nm的可见光进行照射，评价光催化剂降解罗丹明B的活性如图4所示。结果表明，当初始原料的S/P摩尔比在O. 05 - O. 40范围内，焙烧温度在250 - 350 °C范围内时，所得Ag2SAg3PO4的光催化活性高于相同温度下得至IJ的纯Ag3PO4Ji Ag2S,以及未经焙烧的Ag3P04。下面是制备本发明Ag2SAg3PO4复合光催化剂的具体实施例，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。在初始原料的S/P摩尔比为O. 20的前提下，将O. 30 g制备好且未经焙烧的Ag3PO4置于O. 10mol/L的Na2S水溶液中，搅拌24小时后，将所得产物洗涤、干燥，并将产物分别在250,350 °C下焙烧6小时，得到Ag2SAg3PO4光催化剂，其晶相、光吸收区间、形貌和颗粒大小的表征结果分别如图I、图2和图3所示。将所得Ag2SAg3PO4光催化剂以罗丹明B为降解底物，进行光催化活性评价，并将其活性结果与纯Ag3PO4和纯Ag2S对比。由图4可见，在250或350 °C下焙烧得到的Ag2SAg3PO4在30分钟以内将罗丹明B完全降解，而其它光催化剂完全降解罗丹明B所需时间都超过30分钟。因此，在250或350 °C下焙烧得到的Ag2S/Ag3PO4的光催化活性高于相同温度下得到的纯Ag3PO4Jife Ag2S，以及未经焙烧的Ag3PO415光催化活性测试的条件如下
光催化反应温度25 0C ；
底物罗丹明B (水溶液)；
底物溶液的浓度8. O mg/L ；
底物溶液的用量100 mL； 反应器的大小和规格(用于盛装罗丹明B溶液和催化剂)500 mL的敞口烧杯，烧杯口 覆盖420 nm的带通滤波片，将辐照光中波长低于420 nm的光滤去；
辐照光源型号和规格500 W氙灯(上海奥佳电子有限公司生产)；
辐照光源与反应器的相对位置和距离反应器置于氙灯正下方，烧杯口与灯管中心之间的距离为18厘米。
权利要求
1.一种Ag2SAg3PO4复合光催化剂的制备方法，其特征在于包括如下顺序的步骤 (I )Ag3P04光催化剂的制备在室温下，将AgNO3水溶液、氨水、NaH2PO4水溶液一起搅拌，将得到的产物洗涤、干燥后，即得Ag3PO4光催化剂； (2)Ag2S/Ag3P04复合光催化剂的制备在室温下，按照一定的S/P摩尔比，将步骤(I)所得Ag3PO4置于Na2S水溶液中搅拌，将得到的产物洗涤、干燥后，再在一定的温度下焙烧，所得产物即为Ag2SAg3PO4复合光催化剂。
2.根据权利要求I所述的Ag2SAg3PO4复合光催化剂的制备方法，其特征在于步骤(2)中，所述初始原料中的S/P摩尔比的范围为O. 05 - O. 40，焙烧温度的范围为250 — 350O。
全文摘要
本发明属于化学化工及环保工程技术领域，具体涉及一种Ag2S/Ag3PO4复合光催化剂的制备方法。本发明的技术要点是，在室温下，按照一定的S/P摩尔比，将Ag3PO4置于Na2S水溶液中搅拌，将得到的产物洗涤、干燥后，再在一定的温度下焙烧，所得产物即为Ag2S/Ag3PO4复合光催化剂。本发明通过离子交换的方法在Ag3PO4表面掺杂Ag2S，再进行焙烧，得到一系列新型的Ag2S/Ag3PO4复合光催化剂，在将其应用于罗丹明B的光催化降解研究中发现，通过对初始原料的S/P摩尔比及焙烧温度的简单调控，可使复合光催化剂获得比纯Ag3PO4明显要高的光催化活性。
文档编号B01J27/18GK102824921SQ20121030843
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月28日 优先权日2012年8月28日
发明者汤建庭, 龚维, 邓谦, 蔡铁军, 彭振山, 谢涛 申请人:湖南科技大学