全介孔纳米纤维在高效光催化剂中的应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种无机半导体光电材料在光催化剂领域的应用，特别是高纯度Ag负载1102全介孔纳米纤维在高效光催化剂中的应用。
[0002]介孔材料指具有多孔结构且孔径在2到50纳米之间的材料；at%原子数百分含量。
【背景技术】
[0003]T12具有化学性质稳定，无毒，原料来源丰富等优点，被广泛应用于环保、化工、电器、太阳能电池、医药等众多领域。其中1102材料在光催化技术中的应用是当前研究的热点之一，如利用1102的光催化活性降解水中的有机污染物、杀菌、光解水制氢等。然而，纯相1102材料在光催化反应的过程中产生的光生电子-空穴对极易复合，光催化效率较低。鉴于此，研究者们采用了很多方法对其改性，其中通过在1102表面沉积Ag纳米颗粒，两者界面处形成肖特基势皇，负载的金属Ag纳米颗粒作为电子陷阱，降低了光生电子-空穴对复合的几率，从而达到提高其光催化效率的目的。目前，已经有大量的研究工作对Ag修饰T12进行了报道，但现有的合成方法大多集中于通过还原剂和稳定剂使Ag粒子还原并负载于传统1102纳米粉体材料的表面，比表面积较低，负载Ag纳米颗粒的尺寸不能精细调控，光吸收能力有限等，Ag负载1102复合材料的优越性得不到有效发挥。而全介孔结构的T12纳米纤维具有高表面积，光吸收能力强等优点，是一种理想的Ag负载载体结构候选，目前关于Ag负载1102全介孔纳米纤维的制备还未见报道。
[0004]同时，T12是目前研究最为广泛且最有前途的光催化剂材料，在有效光源的激发下可以应用在净化空气，分解水制氢，污水处理，杀菌等光催化反应领域。然而，传统的T12光催化剂常常存在光催化效率低和稳定性差等缺点，很大程度上限制了其实际应用。因此，T12光催化剂改性成为了目前研究者们广泛关注的焦点问题，主要的方法集中在形貌结构和组分优化等。全介孔结构的T12纳米纤维光催化剂具有较高的比表面积和典型的一维构造，光催化效率和稳定性得到了显著改善和提高，成为了 T12光催化剂形貌结构优化的一个重要的研究方向。但是，纯相T12光催化剂包括T1 2全介孔纳米纤维光催化剂具有紫外光响应，太阳能利用率很低，并且光生电子-空穴对极易复合，仍无法应用到实际生产生活中。研究表明，Ag纳米颗粒负载到T12光催化剂的表面可以宽化其光响应范围且有效抑制光生电子与空穴的复合，在组分改性T12光催化剂研究领域受到了极大的关注。已有大量的研究工作对Ag修饰T12进行了报道，但现有的制备方法合成的Ag负载T1 2光催化剂常常为纳米粉体结构，仍存在比表面积低和稳定性差等瑕疵，使Ag负载T12复合材料的优越性得不到有效发挥。由以上分析可知如能制备Ag负载T12全介孔纳米纤维光催化剂将从两个方向整体对T12光催化剂进行优化和改性，协同强化其光催化性能。因此，探索一种简单的工艺手段制备Ag负载T12全介孔纳米纤维光催化剂显得尤为总要，为其在光催化领域的应用提供科学依据和技术支撑。
【发明内容】
[0005]为解决上述问题，本发明公开的高纯度Ag负载T12全介孔纳米纤维在高效光催化剂中的应用，工艺简单，生产方便，产品质量稳定性好，纳米纤维具有稳定有序的表面介孔结构，灵敏度高，作为催化剂具有催化活性高，应用成本低廉，催化剂重复使用性能好，能够再生重复利用的优势。
[0006]本发明公开的高纯度Ag负载T12全介孔纳米纤维在高效光催化剂中的应用，纳米纤维具有多孔结构，所述多孔结构的孔包括介孔；
[0007]其中T1、O元素在纳米纤维中的主要表现形式为T12, Ag为负载元素形成于纳米纤维表面或多孔结构中(在纳米纤维表面或者多孔结构中以银纳米粒子的形式存在)；
[0008]优选地，纳米纤维具有多孔结构，多孔结构的孔包括介孔。
[0009]优选地，纳米纤维具有多孔结构且多孔结构的孔均为介孔。
[0010]优选地，具有介孔结构的纳米纤维的比表面积为45-55m2/g，介孔的孔径平均为3_20nm。
[0011]优选地，Ag在纳米纤维中的负载含量为0.35-2.41at%。
[0012]优选地，1102在纳米线中的晶型主要为锐钛矿型。
[0013]优选地，锐钛矿型T12在纳米线中占T12总量的0-100 (ν/ν) % (余量可以为金红石型T12，或者非晶T12)。
[0014]本发明公开的高纯度Ag负载T12全介孔纳米纤维的制备方法，包括如下步骤，
[0015]I)、前躯体纺丝液的配置:将聚乙烯吡咯烷酮、钛酸丁酯、偶氮二甲酸二异丙酯溶解于无水乙醇和冰醋酸混合溶剂中形成均匀前躯体纺丝液；
[0016]2)、前躯体纳米线制备:将步骤I)得到的前躯体纺丝液经纺丝得到前躯体纳米线；
[0017]3)、纳米线的制备:将步骤2)得到的前躯体纳米线经高温煅烧即可获得T12全介孔纳米纤维；
[0018]4)、光沉积负载Ag纳米颗粒:将步骤3)得到的T12全介孔纳米纤维均匀分散于溶剂(溶剂为去离子水或者双蒸水)中，溶剂中含有可溶性银盐，在搅拌状态下光照进行光沉积后，经后处理得到高纯度Ag负载T12全介孔纳米纤维。
[0019]本发明公开的高纯度Ag负载T12全介孔纳米纤维的制备方法的一种改进，步骤
2)中前驱体纺丝液经静电纺丝得到前躯体纳米线，其中静电纺丝的场强小于等于lKV/cm。静电纺丝以注射器的金属针头(注射针管)为阳极，接收用铁丝网为阴极，注射速度(单管注射速度，即每一个注射针管)为lmL/h。
[0020]本发明公开的高纯度Ag负载T12全介孔纳米纤维的制备方法的一种改进，步骤
2)中得到的前躯体纳米线还经过干燥处理后再进行高温煅烧，干燥处理为低温烘干或者室温阴干。
[0021]本发明公开的高纯度Ag负载T12全介孔纳米纤维的制备方法的一种改进，低温烘干为前躯体纳米线在50-80°C下进行8-14小时干燥处理。
[0022]本发明公开的高纯度Ag负载T12全介孔纳米纤维的制备方法的一种改进，室温阴干为前躯体纳米线在室温条件下通风干燥16-24小时，通风风速为l-2m/s。
[0023]本发明公开的高纯度Ag负载T12全介孔纳米纤维的制备方法的一种改进，步骤3)中高温煅烧为在煅烧温度300-600°C下保温煅烧l_3h。煅烧时达到煅烧温度之前纳米线的升温速度为2-4°C /min,以使原有或者受热过程中产生的低挥发份充分挥发，有利于纳米线形成致密稳定的结构。
[0024]本发明公开的高纯度Ag负载T12全介孔纳米纤维的制备方法的一种改进，步骤
3)中高温煅烧为在空气环境下进行。
[0025]本发明公开的高纯度Ag负载T12全介孔纳米纤维的制备方法的一种改进，步骤
I)中前驱体纺丝液配置时以每IgPVP为基准，将PVP与3_6g钛酸丁酯共同溶于无水乙醇和冰醋酸混合溶剂中成均匀溶液后(搅拌6-8小时后)，再同样以PVP为基准加入0-2g偶氮二甲酸二异丙酯成均匀的前躯体纺丝液。
[0026]本发明公开的高纯度Ag负载T12全介孔纳米纤维的制备方法的一种改进，步骤
4)中溶剂中可溶性银盐浓度以Ag+计为0.05-0.5mol/L0
[0027]本发明公开的高纯度Ag负载T12全介孔纳米纤维的制备方法的一种改进，步骤
4)中光沉积的光照时间为1-5小时(这里照射光源可为自然光也可以为其它光源如氣气灯)。
[0028]高纯度Ag负载1102全介孔纳米纤维在可见光光催化剂中的应用；特别是用于光解水产氢。高纯度Ag负载T12全介孔纳米纤维在高效光催化剂中的应用为将Ag负载T1 2全介孔纳米纤维分散于分解物质中在光照射下发生催化反应，其中分解物质为含水物质(含水物质可以为水、含盐水以及其它含有适量水的物质，即该含水物质中含有以液态水形式存在并能够使作为催化剂的纳米纤维分散于该液态水中即可)。
[0029]本发明方案中PVP在煅烧处理的过程中分解完全挥发；