全介孔納米纖維在高效光催化劑中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無(wú)機(jī)半導(dǎo)體光電材料在光催化劑領(lǐng)域的應(yīng)用，特別是高純度Ag負(fù)載1102全介孔納米纖維在高效光催化劑中的應(yīng)用。
[0002]介孔材料指具有多孔結(jié)構(gòu)且孔徑在2到50納米之間的材料；at%原子數(shù)百分含量。
【背景技術(shù)】
[0003]T12具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無(wú)毒，原料來(lái)源豐富等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于環(huán)保、化工、電器、太陽(yáng)能電池、醫(yī)藥等眾多領(lǐng)域。其中1102材料在光催化技術(shù)中的應(yīng)用是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一，如利用1102的光催化活性降解水中的有機(jī)污染物、殺菌、光解水制氫等。然而，純相1102材料在光催化反應(yīng)的過(guò)程中產(chǎn)生的光生電子-空穴對(duì)極易復(fù)合，光催化效率較低。鑒于此，研究者們采用了很多方法對(duì)其改性，其中通過(guò)在1102表面沉積Ag納米顆粒，兩者界面處形成肖特基勢(shì)皇，負(fù)載的金屬Ag納米顆粒作為電子陷阱，降低了光生電子-空穴對(duì)復(fù)合的幾率，從而達(dá)到提高其光催化效率的目的。目前，已經(jīng)有大量的研究工作對(duì)Ag修飾T12進(jìn)行了報(bào)道，但現(xiàn)有的合成方法大多集中于通過(guò)還原劑和穩(wěn)定劑使Ag粒子還原并負(fù)載于傳統(tǒng)1102納米粉體材料的表面，比表面積較低，負(fù)載Ag納米顆粒的尺寸不能精細(xì)調(diào)控，光吸收能力有限等，Ag負(fù)載1102復(fù)合材料的優(yōu)越性得不到有效發(fā)揮。而全介孔結(jié)構(gòu)的T12納米纖維具有高表面積，光吸收能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是一種理想的Ag負(fù)載載體結(jié)構(gòu)候選，目前關(guān)于Ag負(fù)載1102全介孔納米纖維的制備還未見(jiàn)報(bào)道。
[0004]同時(shí)，T12是目前研究最為廣泛且最有前途的光催化劑材料，在有效光源的激發(fā)下可以應(yīng)用在凈化空氣，分解水制氫，污水處理，殺菌等光催化反應(yīng)領(lǐng)域。然而，傳統(tǒng)的T12光催化劑常常存在光催化效率低和穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，很大程度上限制了其實(shí)際應(yīng)用。因此，T12光催化劑改性成為了目前研究者們廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題，主要的方法集中在形貌結(jié)構(gòu)和組分優(yōu)化等。全介孔結(jié)構(gòu)的T12納米纖維光催化劑具有較高的比表面積和典型的一維構(gòu)造，光催化效率和穩(wěn)定性得到了顯著改善和提高，成為了 T12光催化劑形貌結(jié)構(gòu)優(yōu)化的一個(gè)重要的研究方向。但是，純相T12光催化劑包括T1 2全介孔納米纖維光催化劑具有紫外光響應(yīng)，太陽(yáng)能利用率很低，并且光生電子-空穴對(duì)極易復(fù)合，仍無(wú)法應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)生活中。研究表明，Ag納米顆粒負(fù)載到T12光催化劑的表面可以寬化其光響應(yīng)范圍且有效抑制光生電子與空穴的復(fù)合，在組分改性T12光催化劑研究領(lǐng)域受到了極大的關(guān)注。已有大量的研究工作對(duì)Ag修飾T12進(jìn)行了報(bào)道，但現(xiàn)有的制備方法合成的Ag負(fù)載T1 2光催化劑常常為納米粉體結(jié)構(gòu)，仍存在比表面積低和穩(wěn)定性差等瑕疵，使Ag負(fù)載T12復(fù)合材料的優(yōu)越性得不到有效發(fā)揮。由以上分析可知如能制備Ag負(fù)載T12全介孔納米纖維光催化劑將從兩個(gè)方向整體對(duì)T12光催化劑進(jìn)行優(yōu)化和改性，協(xié)同強(qiáng)化其光催化性能。因此，探索一種簡(jiǎn)單的工藝手段制備Ag負(fù)載T12全介孔納米纖維光催化劑顯得尤為總要，為其在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)的高純度Ag負(fù)載T12全介孔納米纖維在高效光催化劑中的應(yīng)用，工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)方便，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性好，納米纖維具有穩(wěn)定有序的表面介孔結(jié)構(gòu)，靈敏度高，作為催化劑具有催化活性高，應(yīng)用成本低廉，催化劑重復(fù)使用性能好，能夠再生重復(fù)利用的優(yōu)勢(shì)。
[0006]本發(fā)明公開(kāi)的高純度Ag負(fù)載T12全介孔納米纖維在高效光催化劑中的應(yīng)用，納米纖維具有多孔結(jié)構(gòu)，所述多孔結(jié)構(gòu)的孔包括介孔；
[0007]其中T1、O元素在納米纖維中的主要表現(xiàn)形式為T(mén)12, Ag為負(fù)載元素形成于納米纖維表面或多孔結(jié)構(gòu)中(在納米纖維表面或者多孔結(jié)構(gòu)中以銀納米粒子的形式存在)；
[0008]優(yōu)選地，納米纖維具有多孔結(jié)構(gòu)，多孔結(jié)構(gòu)的孔包括介孔。
[0009]優(yōu)選地，納米纖維具有多孔結(jié)構(gòu)且多孔結(jié)構(gòu)的孔均為介孔。
[0010]優(yōu)選地，具有介孔結(jié)構(gòu)的納米纖維的比表面積為45-55m2/g，介孔的孔徑平均為3_20nm。
[0011]優(yōu)選地，Ag在納米纖維中的負(fù)載含量為0.35-2.41at%。
[0012]優(yōu)選地，1102在納米線中的晶型主要為銳鈦礦型。
[0013]優(yōu)選地，銳鈦礦型T12在納米線中占T12總量的0-100 (ν/ν) % (余量可以為金紅石型T12，或者非晶T12)。
[0014]本發(fā)明公開(kāi)的高純度Ag負(fù)載T12全介孔納米纖維的制備方法，包括如下步驟，
[0015]I)、前軀體紡絲液的配置:將聚乙烯吡咯烷酮、鈦酸丁酯、偶氮二甲酸二異丙酯溶解于無(wú)水乙醇和冰醋酸混合溶劑中形成均勻前軀體紡絲液；
[0016]2)、前軀體納米線制備:將步驟I)得到的前軀體紡絲液經(jīng)紡絲得到前軀體納米線；
[0017]3)、納米線的制備:將步驟2)得到的前軀體納米線經(jīng)高溫煅燒即可獲得T12全介孔納米纖維；
[0018]4)、光沉積負(fù)載Ag納米顆粒:將步驟3)得到的T12全介孔納米纖維均勻分散于溶劑(溶劑為去離子水或者雙蒸水)中，溶劑中含有可溶性銀鹽，在攪拌狀態(tài)下光照進(jìn)行光沉積后，經(jīng)后處理得到高純度Ag負(fù)載T12全介孔納米纖維。
[0019]本發(fā)明公開(kāi)的高純度Ag負(fù)載T12全介孔納米纖維的制備方法的一種改進(jìn)，步驟
2)中前驅(qū)體紡絲液經(jīng)靜電紡絲得到前軀體納米線，其中靜電紡絲的場(chǎng)強(qiáng)小于等于lKV/cm。靜電紡絲以注射器的金屬針頭(注射針管)為陽(yáng)極，接收用鐵絲網(wǎng)為陰極，注射速度(單管注射速度，即每一個(gè)注射針管)為lmL/h。
[0020]本發(fā)明公開(kāi)的高純度Ag負(fù)載T12全介孔納米纖維的制備方法的一種改進(jìn)，步驟
2)中得到的前軀體納米線還經(jīng)過(guò)干燥處理后再進(jìn)行高溫煅燒，干燥處理為低溫烘干或者室溫陰干。
[0021]本發(fā)明公開(kāi)的高純度Ag負(fù)載T12全介孔納米纖維的制備方法的一種改進(jìn)，低溫烘干為前軀體納米線在50-80°C下進(jìn)行8-14小時(shí)干燥處理。
[0022]本發(fā)明公開(kāi)的高純度Ag負(fù)載T12全介孔納米纖維的制備方法的一種改進(jìn)，室溫陰干為前軀體納米線在室溫條件下通風(fēng)干燥16-24小時(shí)，通風(fēng)風(fēng)速為l-2m/s。
[0023]本發(fā)明公開(kāi)的高純度Ag負(fù)載T12全介孔納米纖維的制備方法的一種改進(jìn)，步驟3)中高溫煅燒為在煅燒溫度300-600°C下保溫煅燒l_3h。煅燒時(shí)達(dá)到煅燒溫度之前納米線的升溫速度為2-4°C /min,以使原有或者受熱過(guò)程中產(chǎn)生的低揮發(fā)份充分揮發(fā)，有利于納米線形成致密穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。
[0024]本發(fā)明公開(kāi)的高純度Ag負(fù)載T12全介孔納米纖維的制備方法的一種改進(jìn)，步驟
3)中高溫煅燒為在空氣環(huán)境下進(jìn)行。
[0025]本發(fā)明公開(kāi)的高純度Ag負(fù)載T12全介孔納米纖維的制備方法的一種改進(jìn)，步驟
I)中前驅(qū)體紡絲液配置時(shí)以每IgPVP為基準(zhǔn)，將PVP與3_6g鈦酸丁酯共同溶于無(wú)水乙醇和冰醋酸混合溶劑中成均勻溶液后(攪拌6-8小時(shí)后)，再同樣以PVP為基準(zhǔn)加入0-2g偶氮二甲酸二異丙酯成均勻的前軀體紡絲液。
[0026]本發(fā)明公開(kāi)的高純度Ag負(fù)載T12全介孔納米纖維的制備方法的一種改進(jìn)，步驟
4)中溶劑中可溶性銀鹽濃度以Ag+計(jì)為0.05-0.5mol/L0
[0027]本發(fā)明公開(kāi)的高純度Ag負(fù)載T12全介孔納米纖維的制備方法的一種改進(jìn)，步驟
4)中光沉積的光照時(shí)間為1-5小時(shí)(這里照射光源可為自然光也可以為其它光源如氣氣燈)。
[0028]高純度Ag負(fù)載1102全介孔納米纖維在可見(jiàn)光光催化劑中的應(yīng)用；特別是用于光解水產(chǎn)氫。高純度Ag負(fù)載T12全介孔納米纖維在高效光催化劑中的應(yīng)用為將Ag負(fù)載T1 2全介孔納米纖維分散于分解物質(zhì)中在光照射下發(fā)生催化反應(yīng)，其中分解物質(zhì)為含水物質(zhì)(含水物質(zhì)可以為水、含鹽水以及其它含有適量水的物質(zhì)，即該含水物質(zhì)中含有以液態(tài)水形式存在并能夠使作為催化劑的納米纖維分散于該液態(tài)水中即可)。
[0029]本發(fā)明方案中PVP在煅燒處理的過(guò)程中分解完全揮發(fā)；