[发明专利]Ag0.35V2O5/TiO2纳米复合光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米复合光催化剂的制备方法，具体为可见光响应的Ag_0.35V₂O₅/TiO₂纳米复合光催化剂的制备方法。

背景技术

近年来，半导体光催化剂在空气污染治理和水净化方面具有广阔的应用前景。在众多半导体光催化剂中，TiO₂因其活性高、稳定性好、对人体无害、持续作用时间长、反应次数多、成本低、可在常温常压下工作等优良特性而成为备受关注的光催化剂之一。然而，TiO₂光催化剂有以下两大缺陷(Y.Wang，J.Zhang，L.Liu，C.Zhu，X.Liu，and Q.Su，Visible Light Photocatalysis of V₂O₅/TiO₂Nanoheterostructures Prepared via Electrospinning，Materials Letters，75，95，2012)：第一，TiO₂带隙较宽(锐钛矿相为3.2eV，金红石相为3.0eV)，只能吸收占太阳光5％的紫外光，太阳光利用率低；第二，TiO₂的光生电子空穴对容易再复合，能参与反应的光生载流子较少。以上两个原因致使TiO₂光催化剂的太阳光催化效率较低，妨碍了其进一步的工业化引用。因此，有必要寻求简单、廉价、环境友好的方法进一步提高TiO₂基材料的光催化效率。

目前，研究者主要通过提高TiO₂基材料的可见光响应来提高其太阳光催化效率，主要分为三大类：第一，金属/非金属掺杂(M.B.Fishera，D.A.Keaneb，P.Fernández-Ibánez，J.Colreavyb，S.J.Hinderd，K.G.McGuigana，and S.C.Pillai，Nitrogen and Copper Doped Solar Light Active TiO₂Photocatalysts for Water Decontamination.Appl ied Catalysi s B：Environmental，130-131，8，2013)；第二，有机物敏化(Q.Wang，C.Chen，D.Zhao，W.Ma，and J.Zhao，Change of Adsorption Modes of Dyes on Fluorinated TiO₂and its Effect on Photocatalytic Degradation of Dyes under Visible Irradiation，Langmuir，24，7338，2008)；第三，与其他半导体耦合(H.Tadai，T.Mitsui，T.Kiyonaga，T.Akita and K.Tanaka，All-Solid-State Z-Scheme in CdS-Au-TiO₂Three-Component Nanojunction System，Nature Materials，5，782，2006)。然而，金属掺杂对可见光活性提高不大，还有可能造成二次污染；非金属掺杂大多以牺牲紫外光催化效果为代价，且稳定性较差；有机物敏化TiO₂光催化剂的稳定性差，且氧化能力也较差。而选择合适的窄带隙半导体，将其与TiO₂耦合，不仅可以提高催化剂的可见光利用率，还可以阻止光生电子空穴对的再复合，是一种有效的提高TiO₂光催化效率的方法。目前，很多研究者致力于将TiO₂与其他半导体(如：CdS，ZnO，SnO₂，WO₃，SiO₂，ZrO₂，Fe₂O₃和V₂O₅等)耦合，以期制备出具有高光催化效率的复合材料，其中V₂O₅/TiO₂复合材料因其较高的可见光吸收效率和电子空穴对分离率，成为可见光催化剂中的佼佼者(Y.Wang，Y.Su，L.Qiao，L.Liu，Q.Su，C.Zhu，and X.Liu，Synthesis of One-dimensional TiO₂/V₂O₅Branched Heterostructures and Their Visible Light Photocatalytic Activity towards Rhodamine B，Nanotechnology，22，225702，2011)。但是，V₂O₅的电导率较低，这将影响电子空穴对的传输效率，阻止复合材料光催化效率的进一步提高。根据报道，在V₂O₅结构中引入第二种金属(如Ag，Cu等)，可以有效提高其电导率，例如A_g0.35V₂O₅的电导率是V₂O₅的6-7倍(C.Xiong，A.E.Aliev，B.Gnade，K.J.J.Balkus，Fabrication of Silver Vanadium Oxide and V₂O₅Nanowires for Electrochromics，ACS nano，2，293，2008)。由此可以预见，Ag_0.35V₂O₅在光催化方面具有巨大的潜在应用价值，将其与TiO₂耦合，有可能制备出具有较高可见光催化效率的复合光催化剂。但目前为止，还没有关于Ag_0.35V₂O₅/TiO₂纳米复合光催化剂的制备及其可见光催化效率的报道。