專利名稱：一種Ag₂S/Ag₃PO₄復(fù)合光催化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化學(xué)化工及環(huán)保工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種Ag2SAg3PO4復(fù)合光催化劑的制備方法，該復(fù)合光催化劑用于降解有機(jī)污染物具有高于純磷酸銀的光催化活性。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體光催化技術(shù)可在室溫下直接利用太陽光將有機(jī)污染物氧化降解，或?qū)⑺纸庵茪洹Ｒ虼?，通過光催化方法，充分利用太陽光來降解有機(jī)污染物、分解水制氫，是解決目前環(huán)境污染和能源短缺問題的一條有利途徑。光催化劑的合理設(shè)計(jì)是決定光催化性能的核心因素，一般需要考慮兩個(gè)方面的問題(1)量子效率。光催化過程中的光生電子一空穴容易復(fù)合，這將導(dǎo)致光催化劑的量子效率顯著降低，從而使其光催化活性顯著降低。(2)光吸收區(qū)間。紫外光只占太陽光總能量的4%左右，而可見光則占太陽光總能量的46%左右。因 此，利用太陽能的關(guān)鍵在于利用太陽光中的可見光。從而，高效的可見光催化劑在當(dāng)今環(huán)境保護(hù)和能源利用領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。2010年文獻(xiàn)首次報(bào)道，Ag3PO4半導(dǎo)體作為一種新型的具有高量子效率的可見光催化劑，其降解有機(jī)污染物的活性遠(yuǎn)高于BiV04、AgBr, AgI和N摻雜TiO2等常見的可見光催化齊U。因此，Ag3PO4光催化劑引起了人們極大的研究興趣。然而，將Ag3PCU^可見光催化活性進(jìn)一步提高以獲得更高性能的光催化劑具有較大的挑戰(zhàn)性。前人研究結(jié)果表明，選擇能帶結(jié)構(gòu)匹配的兩種半導(dǎo)體，將光催化劑設(shè)計(jì)成復(fù)合半導(dǎo)體的形式，可使光催化過程中的光生電子和空穴分別流向不同的半導(dǎo)體，從而使光生電子一空穴在空間上得以有效分離，籍此提聞光催化活性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種通過對(duì)Ag3PO4進(jìn)行摻雜，制備比純Ag3PO4光催化活性更高的Ag2S/Ag3P04新型復(fù)合可見光催化劑的方法。本發(fā)明方法包括如下順序的步驟
(I )Ag3P04光催化劑的制備在室溫下，將AgNO3水溶液、氨水、NaH2PO4水溶液一起攪拌，將得到的產(chǎn)物洗滌、干燥后，即得Ag3PO4光催化劑；
(2)Ag2S/Ag3P04復(fù)合光催化劑的制備在室溫下，按照一定的S/P摩爾比，將步驟(I)所得Ag3PO4置于Na2S水溶液中攪拌，將得到的產(chǎn)物洗滌、干燥后，再在一定的溫度下焙燒，所得產(chǎn)物即為Ag2SAg3PO4復(fù)合光催化劑。更具體地說，步驟(2)中，所述初始原料中的S/P摩爾比的范圍為O. 05 - O. 40，焙燒溫度的范圍為250 — 350 °C。本發(fā)明通過離子交換的方法在Ag3PO4表面摻雜Ag2S,再進(jìn)行焙燒，得到一系列新型的Ag2SAg3PO4復(fù)合可見光催化劑，在將其應(yīng)用于羅丹明B的光催化降解研究中發(fā)現(xiàn)，通過對(duì)初始原料的S/P摩爾比及焙燒溫度的簡(jiǎn)單調(diào)控，可使復(fù)合光催化劑獲得比純Ag3PO4明顯要高的光催化活性。本發(fā)明提供的這種用于提高Ag3PO4光催化活性的方法具有簡(jiǎn)單方便、易于操作的特點(diǎn)。本發(fā)明所得的這種Ag2SAg3PO4可見光催化劑至今未見專利和文獻(xiàn)報(bào)道，這種新型的可見光催化劑在有機(jī)污染物氧化降解、水分解制氫等領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用前景。


圖I 為 Ag2S/Ag3P04、Ag3PO4 光催化劑的 XRD 圖。圖2 為 Ag2S/Ag3P04、Ag3PO4 光催化劑的 UV-Vis DRS 圖。圖3 為 Ag2S/Ag3P04、Ag3PO4 光催化劑的 SEM 圖。圖4為Ag2S/Ag3P04、Ag3PO4,Ag2S光催化劑的活性結(jié)果圖；其中，C0為光催化劑加入前羅丹明B的初始濃度，即8. O mg/L，C為光催化過程中任一時(shí)刻下羅丹明B的濃度。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。(I) Ag3PO4光催化劑的制備過程如下
在室溫下，將AgNO3水溶液、氨水、NaH2PO4水溶液一起攪拌，再將得到的產(chǎn)物洗滌、干燥，取出一部分產(chǎn)物，將其在不同的溫度下焙燒，未焙燒和焙燒后的產(chǎn)物統(tǒng)稱為Ag3PO4光催化劑，Ag3PO4光催化劑留待實(shí)驗(yàn)備用。(2) Ag2S光催化劑的制備過程如下
在室溫下，將AgNO3水溶液、Na2S水溶液一起攪拌，再將得到的產(chǎn)物洗滌、干燥，取出一部分產(chǎn)物，將其在不同的溫度下焙燒，未焙燒和焙燒后的產(chǎn)物統(tǒng)稱為Ag2S光催化劑，Ag2S光催化劑留待實(shí)驗(yàn)備用。(3)本發(fā)明的Ag2S/Ag3P04復(fù)合光催化劑的制備過程如下
在室溫下，將Ag3PO4置于Na2S水溶液中攪拌，再將得到的產(chǎn)物洗滌、干燥，取出一部分產(chǎn)物，將其在不同的溫度下焙燒，未焙燒和焙燒后的產(chǎn)物統(tǒng)稱為Ag2SAg3PO4光催化劑。(4)光催化劑的表征
通過X-射線粉末衍射(XRD)實(shí)驗(yàn)表征光催化劑的晶相如圖I所示，通過紫外-可見漫反射光譜(UV-Vis DRS)實(shí)驗(yàn)表征光催化劑的光吸收區(qū)間如圖2所示，通過掃描電鏡(SEM)實(shí)驗(yàn)表征光催化劑的形貌和顆粒大小如圖3所示。(5)光催化活性的評(píng)價(jià)
在室溫下，以羅丹明B為底物，用波長(zhǎng)大于420 nm的可見光進(jìn)行照射，評(píng)價(jià)光催化劑降解羅丹明B的活性如圖4所示。結(jié)果表明，當(dāng)初始原料的S/P摩爾比在O. 05 - O. 40范圍內(nèi)，焙燒溫度在250 - 350 °C范圍內(nèi)時(shí)，所得Ag2SAg3PO4的光催化活性高于相同溫度下得至IJ的純Ag3PO4Ji Ag2S,以及未經(jīng)焙燒的Ag3P04。下面是制備本發(fā)明Ag2SAg3PO4復(fù)合光催化劑的具體實(shí)施例，以下實(shí)施例旨在說明本發(fā)明而不是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步限定。在初始原料的S/P摩爾比為O. 20的前提下，將O. 30 g制備好且未經(jīng)焙燒的Ag3PO4置于O. 10mol/L的Na2S水溶液中，攪拌24小時(shí)后，將所得產(chǎn)物洗滌、干燥，并將產(chǎn)物分別在250,350 °C下焙燒6小時(shí)，得到Ag2SAg3PO4光催化劑，其晶相、光吸收區(qū)間、形貌和顆粒大小的表征結(jié)果分別如圖I、圖2和圖3所示。將所得Ag2SAg3PO4光催化劑以羅丹明B為降解底物，進(jìn)行光催化活性評(píng)價(jià)，并將其活性結(jié)果與純Ag3PO4和純Ag2S對(duì)比。由圖4可見，在250或350 °C下焙燒得到的Ag2SAg3PO4在30分鐘以內(nèi)將羅丹明B完全降解，而其它光催化劑完全降解羅丹明B所需時(shí)間都超過30分鐘。因此，在250或350 °C下焙燒得到的Ag2S/Ag3PO4的光催化活性高于相同溫度下得到的純Ag3PO4Jife Ag2S，以及未經(jīng)焙燒的Ag3PO415光催化活性測(cè)試的條件如下
光催化反應(yīng)溫度25 0C ；
底物羅丹明B (水溶液)；
底物溶液的濃度8. O mg/L ；
底物溶液的用量100 mL； 反應(yīng)器的大小和規(guī)格(用于盛裝羅丹明B溶液和催化劑)500 mL的敞口燒杯，燒杯口 覆蓋420 nm的帶通濾波片，將輻照光中波長(zhǎng)低于420 nm的光濾去；
輻照光源型號(hào)和規(guī)格500 W氙燈(上海奧佳電子有限公司生產(chǎn))；
輻照光源與反應(yīng)器的相對(duì)位置和距離反應(yīng)器置于氙燈正下方，燒杯口與燈管中心之間的距離為18厘米。
權(quán)利要求
1.一種Ag2SAg3PO4復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于包括如下順序的步驟 (I )Ag3P04光催化劑的制備在室溫下，將AgNO3水溶液、氨水、NaH2PO4水溶液一起攪拌，將得到的產(chǎn)物洗滌、干燥后，即得Ag3PO4光催化劑； (2)Ag2S/Ag3P04復(fù)合光催化劑的制備在室溫下，按照一定的S/P摩爾比，將步驟(I)所得Ag3PO4置于Na2S水溶液中攪拌，將得到的產(chǎn)物洗滌、干燥后，再在一定的溫度下焙燒，所得產(chǎn)物即為Ag2SAg3PO4復(fù)合光催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的Ag2SAg3PO4復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于步驟(2)中，所述初始原料中的S/P摩爾比的范圍為O. 05 - O. 40，焙燒溫度的范圍為250 — 350O。
全文摘要
本發(fā)明屬于化學(xué)化工及環(huán)保工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種Ag2S/Ag3PO4復(fù)合光催化劑的制備方法。本發(fā)明的技術(shù)要點(diǎn)是，在室溫下，按照一定的S/P摩爾比，將Ag3PO4置于Na2S水溶液中攪拌，將得到的產(chǎn)物洗滌、干燥后，再在一定的溫度下焙燒，所得產(chǎn)物即為Ag2S/Ag3PO4復(fù)合光催化劑。本發(fā)明通過離子交換的方法在Ag3PO4表面摻雜Ag2S，再進(jìn)行焙燒，得到一系列新型的Ag2S/Ag3PO4復(fù)合光催化劑，在將其應(yīng)用于羅丹明B的光催化降解研究中發(fā)現(xiàn)，通過對(duì)初始原料的S/P摩爾比及焙燒溫度的簡(jiǎn)單調(diào)控，可使復(fù)合光催化劑獲得比純Ag3PO4明顯要高的光催化活性。
文檔編號(hào)B01J27/18GK102824921SQ20121030843
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月28日
發(fā)明者湯建庭, 龔維, 鄧謙, 蔡鐵軍, 彭振山, 謝濤 申請(qǐng)人:湖南科技大學(xué)