[发明专利]一种三元异质结可见光光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三元异质结可见光光催化剂的制备方法，属于光催化技术领域。

背景技术

随着人类社会经济和工业的发展，环境污染已经变得越来越严重。自从1972年Fujishima和Honda教授发现TiO₂在紫外光照射下可分解水以来，光催化技术以其工艺简单、成本低、无二次污染和安全等优点，在环境治理方面受到了广泛的关注，成为国内外研究的热点。TiO₂和ZnO作为最普遍采用的光催化剂，由于其化学性能稳定、成本低且无污染，因而他们作为半导体光催化剂已经在空气净化和处理有机物污染中得到了广泛的应用。然而ZnO的禁带结合能为3.2eV，这使得ZnO只能在有限的紫外光区域使得光子激发，从而导致ZnO光催化剂仅在紫外光区具有较高的催化活性，而紫外光只占太阳光谱的5%，这也就使它的应用得到了很大的限制。因此，如何使ZnO材料在可见光区域得到响应，从而使其在可见光光催化剂中得到应用成为人们追求的目标。

为了解决氧化锌光催化剂无法响应可见光的问题，人们试图通过掺杂一些过渡金属或一些非金属元素来调整ZnO材料在可见光区域的禁带宽度，从而改进其在可见光区域的光催化性能。诸如中国专利文献CN1962054A公开了一种具有可见光活性的银粒子掺杂氧化锌的光催化剂，该光催化剂的制备方法具体包括如下步骤：（1）乙酸锌溶于乙二醇和丙三醇的混合溶剂中，搅拌均匀后的混合液采用微波循环加热，经过5-30个循环后，得到悬浮液，悬浮液经过滤、洗涤、干燥，然后在300-500℃焙烧，得到氧化锌；（2）将步骤（1）中制得的氧化锌与硝酸银加入到乙二醇中，搅拌均匀后得到的混合液采用微波循环加热还原反应，经过5-30个循环后，将得到的悬浮液过滤分离，分别用水和无水乙醇洗涤、干燥，得到具有可见光活性的银敏化氧化锌光催化剂。

上述技术采用微波循环加热法先制备得到氧化锌，然后将氧化锌与硝酸银混合，在微波循环加热的条件下用乙二醇还原银粒子，得到的银粒子掺杂于氧化锌中，从而使氧化锌催化剂可以响应从紫外区延伸到可见光区的波长，具有可见光下光催化剂活性相对较高的优点。然而向ZnO中掺杂银粒子虽然对可见光的光催化活性有相应的提高，但是掺杂会导致材料的热稳定性降低，光子塌陷，晶格适配，这些都会导致光生载流子的快速结合，从而影响该光催化剂的光催化性能。

为了解决上述问题，提高ZnO材料在可见光区域中的催化性能，人们又开始将宽禁带的ZnO耦合一种窄禁带半导体，形成二元异质结光催化剂，以提高ZnO材料在可见光催化过程中的性能。诸如，中国专利文献CN101485977A中公开了一种氧化锌耦合氧化铟制备得到的纳米异质结光催化材料，制备具体包括如下步骤：（1）将摩尔比为1:5-5:1的硝酸锌和硝酸铟混合后溶于去离子水中形成透明溶液，将氨水低价到上述透明溶液中，使溶液的pH值调解到9，经陈化24h，将硝酸锌和硝酸铟充分沉淀；（2）用去离子水过滤洗涤、沉淀三次后，在95℃将沉淀物蒸干，再在600-1000℃退火2h，即得氧化锌/氧化铟纳米异质结光催化材料。

上述技术中的光催化材料通过氧化锌耦合氧化铟制备得到二元异质结光催化剂，在该二元异质结光催化剂中氧化铟作为一个窄禁带半导体，禁带宽度为2.8eV，可以有效地扩展氧化锌光催化材料从紫外到可见光区域的光吸收，从而提高氧化锌光催化剂在可见光区域的光催化活性。但是，上述氧化锌/氧化铟二元纳米异质结光催化材料在制备过程中，采用将硝酸锌和硝酸铟的水溶液在碱性条件下沉淀，而在沉淀过程中，由于锌离子和铟离子沉淀所需的pH值不同，导致生成沉淀的速度不同，虽然可以制备得到二元异质结光催化剂，但是沉淀速度快的物质会聚集形成杂质粒子，导致焙烧后大量杂质粒子掺杂于该二元纳米异质结光催化剂中，影响了该二元异质结光催化剂的性能，使得该催化剂依旧存在光生载流子的快速结合的问题，降低了催化活性，使所述光催化材料在可见光中的可利用区域大大减少。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中利用氧化性材料制备可见光光催化剂过程中，由于光生载流子快速结合导致制备得到的可见光光催化剂催化活性低的问题，进而提供一种三元异质结可见光光催化剂的制备方法，使用本发明所述的制备方法制备得到的可见光光催化剂扩大了其在可见光中的可利用区域。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种三元异质结可见光光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）将可溶性锌盐和可溶性铟盐溶于去离子水中，得到混合溶液；

（2）向上述混合溶液中加入贵金属纳米线混合均匀；