[发明专利]一种用于空气净化的表面等离子共振增强光催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于空气净化用纳米材料技术领域，具体涉及一种在可见光作用下就可发生光催化作用的用于空气净化的表面等离子共振增强光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，室内空气污染问题日益受到人们的重视，室内空气污染主要是使用装修材料带来的空气中甲醛、挥发性有机物（V0Cs）、氨等有害物质的超标。利用半导体光催化材料将室内空气污染物分解为无害无味的物质被认为是目前公认有效的主要方法。半导体光催化技术能够快速高效的处理室内空气污染物，操作简单，成本低，更重要的是不产生二次污染，可将室内空气污染物的危害降至最低。但目前绝大部分半导体光催化材料带隙较宽，存在光生电子和空穴容易发生复合，以及只能在紫外光照射下进行激发的缺点，在实际应用中，其光催化作用难以充分发挥。可见光响应催化剂的研制是实现太阳能高效利用的关键，因此，开发有效降低电子空穴复合率，提高对可见光的利用率的新型复合半导体光催化剂具有重要的实用价值。

带纳米孔的氮掺杂碳纳米材料是一种新型的碳纳米材料，具有大的比表面积，丰富的氮元素，纳米孔的存在非常有利于有机污染物的吸附。同时，金，银，铂，钯等贵金属纳米材料因表面等离子体共振效应，在可见光区域展现出很强的光谱吸收。贵金属纳米材料不仅能通过表面等离子体共振效应增强对可见光的吸收，而且可有效抑制复合光催化材料的光生电子-空穴的复合，大幅提高光催化空气净化效率。不同形貌和大小的贵金属纳米材料具有不同表面等离子共振效应，因此可以通过调节贵金属纳米材料的形貌和大小来调节复合光催化材料的光催化性能。目前关于两种以及两种以上的具有表面等离子体共振效应的贵金属纳米材料与半导体复合，并负载于带纳米孔的氮掺杂碳纳米材料上形成可见光响应的光催化材料的制备及应用还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有光催化技术的缺点与不足，提供一种用于空气净化的表面等离子共振增强光催化剂及其制备方法和应用。

所述的一种用于空气净化的表面等离子共振增强的复合纳米光催化剂，其特征在于由带纳米孔的氮掺杂碳纳米材料、所述无机半导体氧化物和具有表面等离子共振效应的纳米贵金属材料反应制得，所述氮掺杂碳纳米材料、所述无机半导体氧化物和纳米贵金属材料的投料质量比为10-50:1-5：0.1-1。

所述的一种用于空气净化的表面等离子共振增强的复合纳米光催化剂，其特征在于所述带纳米孔的氮掺杂碳纳米材料包括带纳米孔的氮掺杂石墨烯、带纳米孔的氮掺杂碳纳米管、带纳米孔的氮掺杂活性炭。

所述的一种用于空气净化的表面等离子共振增强的复合纳米光催化剂，其特征在于所述无机半导体氧化物包括TiO2和WO3。

所述的一种用于空气净化的表面等离子共振增强的复合纳米光催化剂，其特征在于所述无机半导体氧化物的粒径为1-100nm，优选为5-50nm。

所述的一种用于空气净化的表面等离子共振增强的复合纳米光催化剂，其特征在于所述纳米贵金属材料包括Pt、Au、Ag，所述具有表面等离子共振效应的纳米贵金属材料的形貌为纳米颗粒，所述纳米颗粒的粒径为1-50nm，优选为3-30nm。

所述的一种用于空气净化的表面等离子共振增强的复合纳米光催化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1）将1-5克的无机半导体氧化物分散在500-1000mL水溶液中，称为A溶液；

2）将两种或者两种以上的具有表面等离子共振效应的纳米贵金属材料的前驱体各100-1000mg一起混合分散在10-100mL水溶液中，称为B溶液；

3）将步骤2）得到的B溶液缓慢滴加到步骤1）得到的A溶液中，常温搅拌1-5小时后，控制溶液的pH值在5-10中间，滴加一定浓度的硼氢化钠水溶液，将纳米贵金属材料的前驱体还原成纳米贵金属颗粒，并均匀负载在无机半导体氧化物上，得到水溶液；

4）带纳米孔的氮掺杂碳纳米材料的制备：将50-100克碳纳米材料分散于10-30%浓度的300-1000mL的双氧水溶液中，在30-100℃的超声波振荡器中超声10-50小时，后用大量去离子水清洗，过滤，在30-70℃真空干燥箱中干燥12-24小时，后在300-700℃的氨气气氛的管式炉中焙烧2-7小时，得到带纳米孔的氮掺杂碳纳米材料；