[发明专利]可见光活性的Ag/AgCl/TiO2纳米管阵列等离子体光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及可见光活性的Ag/卤化银/TiO₂纳米管阵列等离子体光催化剂及其制备方法，具体涉及可见光活性的Ag/AgCl/TiO₂纳米管阵列等离子体光催化剂及其制备方法。

技术背景

近年来，在Ti基体上用电化学阳极氧化法制得的TiO₂纳米管阵列具有比表面积高，纳米管尺寸可控，阵列层与基体结合强度高等优点，且有多种潜在的应用，如气敏传感器件、光解水制氢材料、光催化剂、太阳能电池和生物材料等，因而阳极氧化法制备TiO₂纳米管阵列备受关注。

二氧化钛因为具有氧化能力强、无毒、廉价和光化学稳定等优点，是广泛应用于环境治理的最好的光催化剂之一。由于锐钛矿的禁带宽度为3.2eV，仅对波长小于387.5nm的紫外光有响应，但是太阳光中紫外光仅占4％，这就严重阻碍了TiO₂光催化材料的推广及应用。所以从实际应用和商业的角度出发，必须提高TiO₂的可见光光催化活性。

纳米贵金属由于具有很强的可见光等离子体吸收效应，已被广泛应用于比色传感器、光伏器件、光致变色器件和光催化等方面。用等离子光化学反应和光热反应制备的Ag纳米棱柱和Au纳米棒已用于可逆的和不可逆的光成像。特别是银纳米粒子在可见光区表现出有效的等离子响应，这一特点已用于光催化。最近，有人用Ag₂MoO₄与HCl反应制备了AgCl粉末，再将AgCl表面的Ag⁺还原成金属银，得到Ag@AgCl等离子体光催化剂。Ag@AgCl具有很高的等离子可见光吸收效应，是一种可见光活性很高的和很稳定的光催化剂。

本专利提出了一种制备高可见光活性的Ag/AgCl/TiO₂纳米管阵列等离子体光催化剂的有效方法，即先依次在HCl和AgNO₃溶液中浸泡TiO₂纳米管阵列，AgCl纳米粒子沉积在TiO₂纳米管管壁上，然后用紫外光照射AgCl/TiO₂纳米管阵列，AgCl粒子表面的部分Ag⁺被还原成金属Ag，即得Ag/AgCl/TiO₂纳米管阵列等离子体光催化剂。纳米银具有很强的表面等离子效应，Ag/AgCl/TiO₂纳米管阵列是一种高可见光活性的等离子体光催化剂。

发明内容

本发明的一个目的是根据目前国内外的研究现状，考虑到TiO₂纳米管阵列具有高比表面积，但无可见光光催化活性，而纳米银具有很强的可见光等离子体吸收效应，提供一种具有可见光活性的新型等离子体光催化剂，即可见光活性的Ag/AgCl/TiO₂纳米管阵列等离子体光催化剂。

本发明的另一个目的提供一种可见光活性的Ag/AgCl/TiO₂纳米管阵列等离子体光催化剂的制备方法。该方法操作简单，环境友好、成本低。

实现本发明目的的技术方案是：

一种可见光活性的Ag/AgCl/TiO₂纳米管阵列等离子体光催化剂，该光催化剂中TiO₂纳米管孔径为90-120nm，管壁厚为10-20nm，管长为500-600nm，TiO₂纳米管内Ag/AgCl的粒径为10-30nm。

一种可见光活性的Ag/AgCl/TiO₂纳米管阵列等离子体光催化剂的制备方法，其特征在于：先依次在HCl和AgNO₃溶液中浸泡阳极氧化生成的TiO₂纳米管阵列，使AgCl纳米颗粒沉积在TiO₂纳米管管壁上，生成AgCl/TiO₂纳米管阵列，然后用紫外光照射AgCl/TiO₂纳米管阵列，使AgCl纳米颗粒表面的部分Ag⁺还原成金属Ag，即得Ag/AgCl/TiO₂纳米管阵列等离子体光催化剂，方法步骤依次为：

第1、以铂片为阴极，钛片为阳极，以氟化钠和磷酸溶液为电解液，外加电压阳极氧化钛片，在钛片表面生成非晶态TiO₂纳米管阵列；

第2、将非晶态TiO₂纳米管阵列置入马弗炉中煅烧，生成锐钛矿相TiO₂纳米管阵列；