[发明专利]碳酸银/银/三氧化钨三元复合Z型光催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于光催化技术领域，涉及一种碳酸银/银/三氧化钨三元复合Z型光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

半导体光催化剂在有毒有害有机污染物降解中的应用对解决环境污染具有重要意义。然而，宽带隙和低量子效率仍然是光催化剂的“瓶颈”。因此，积极开发高效可再生的具有可见光响应的光催化剂，充分发挥太阳能的作用，具有重要的意义。此外，半导体异质结的发展也是解决这些问题的有效途径，可以扩大光吸收的光谱范围，抑制光电子和空穴复合。

在各种半导体异质结中，将p型和n型半导体相结合的p-n结是广泛使用的光催化体系。然而，电荷载流子转移后，光诱导电子的还原能力和空穴的氧化能力都变弱。众所周知，有效的光催化反应需要具有足够高的还原和氧化能力的光生电子和空穴。最近，Z型光催化剂的设计和构建已经引起了人们的高度关注，提高了光催化性能。Z型机制可以保护和利用具有更多负导带电位和更多正价带电位的氧化还原能力。因此，与p-n结系统结合的Z-光催化体系有望促进电子-空穴分离，提高异质结中载流子的氧化还原能力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种光生电子-空穴分离效率高、光催化活性高、氧化还原能力强、稳定性好、耐腐蚀的碳酸银/银/三氧化钨三元复合Z型光催化剂及其制备方法和应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种碳酸银/银/三氧化钨三元复合Z型光催化剂，所述碳酸银/银/三氧化钨三元复合Z型光催化剂以碳酸银为载体，所述碳酸银上修饰有三氧化钨，所述三氧化钨上负载有银单质。

上述的碳酸银/银/三氧化钨三元复合Z型光催化剂中，优选的，所述碳酸银/银/三氧化钨三元复合Z型光催化剂中碳酸银的质量百分含量为10%～30%，银单质的质量百分含量为1%～5%，三氧化钨的质量百分含量为65%～89%；所述碳酸银为棒状结构；所述三氧化钨为片状结构。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种上述的碳酸银/银/三氧化钨三元复合Z型光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、将硝酸银与三氧化钨分散液混合，在黑暗条件下搅拌，得到Ag⁺-WO₃分散液；

S2、将碳酸氢钠溶液滴加到步骤S1中的Ag⁺-WO₃分散液中，搅拌均匀后进行光照处理，得到碳酸银/银/三氧化钨三元复合Z型光催化剂。

上述的制备方法中，优选的，所述三氧化钨分散液由三氧化钨纳米片超声分散在去离子水中制备得到；所述超声分散的时间为0.5h～1.5h。

上述的制备方法中，优选的，所述三氧化钨纳米片由钨酸钠与硝酸溶液通过水热反应制备得到；所述水热反应的温度为170℃～190℃，时间为3h～5h。

上述的制备方法中，优选的，所述硝酸银与所述碳酸氢钠溶液中的碳酸氢钠的摩尔比为1.1～1.3∶1。

上述的制备方法中，优选的，所述步骤S1中：所述搅拌的时间为0.5h～1.5h；

和/或，所述步骤S2中：所述搅拌的时间为2h～4h；所述光照处理的光照强度为50 mW·cm^-2～150 mW·cm^-2；所述光照处理的时间为10min～30min。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种上述的碳酸银/银/三氧化钨三元复合Z型光催化剂在降解染料废水或抗生素废水中的应用。

上述的应用中，优选的，包括以下步骤：将碳酸银/银/三氧化钨三元复合Z型光催化剂与染料废水或抗生素废水混合，在黑暗条件下搅拌达到吸附平衡；然后在光照条件下进行光催化反应，完成对染料废水或抗生素废水的降解；所述碳酸银/银/三氧化钨三元复合Z型光催化剂的添加量为每升所述染料废水或抗生素废水中添加所述碳酸银/银/三氧化钨三元复合Z型光催化剂0.3g～1.0g。

上述的应用中，优选的，所述染料废水中的染料为罗丹明B和/或甲基橙；所述染料废水中染料的浓度为10mg/L～30mg/L；所述抗生素废水中的抗生素为四环素和/或环丙沙星；所述抗生素废水中抗生素的浓度为10mg/L～30mg/L。

本发明的应用中，所述光催化反应的时间≥60min。

本发明的创新点在于：