[发明专利]混合价态锰氧化物/磷酸银光催化剂的制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种混合价态锰氧化物/磷酸银光催化剂及制备方法和应用，所述制备方法包括：将MnCl₂·4H₂O、PVP和第一水混合，之后加入NaOH溶液，2‑3min后加入KMnO₄溶液，经搅拌、过滤、洗涤和干燥后得到Mn₃O₄‑MnO₂纳米片；将PEG 2000、Na₂HPO₄·12H₂O、Mn₃O₄‑MnO₂纳米片和第二水混合，超声后进行加热至55‑65℃，之后加入银氨溶液，经搅拌、过滤、洗涤和干燥后得到混合价态锰氧化物/磷酸银光催化剂。改善了Mn₃O₄‑MnO₂量子效率低等不足，解决了Ag₃PO₄载流子复合严重、光致还原、微水溶性等缺陷。

技术领域

本发明涉及光催化领域，具体地，涉及一种混合价态锰氧化物/磷酸银光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着能源危机的出现及全球环境的恶化，能源和环境是21世纪人类面临和亟待解决的重大问题。太阳能是一种可再生能源，具有取之不尽用之不竭、清洁无污染等优点。光催化技术作为一种“绿色”技术，可以利用太阳光作为光源，不仅可以用于处理水污染的问题，而且还可以用于处理大气污染、土壤污染、杀菌等多个方面，显示出了极其广阔的应用价值（Chem. Rev., 2014, 114, 9919−9986）。

近年来，磷酸银（Ag₃PO₄）作为一种有前景的光催化材料，其在可见光下具有高效的光催化活性，引起科研人员的极大兴趣，在辐射波长大于420 nm时，这种新型光催化剂可以实现高达90%的量子效率。然而，Ag₃PO₄也面临同其他光催化剂相同的问题，如光生载流子的快速复合。此外，在实际应用中，Ag₃PO₄也存在光敏性及微水溶性等问题，这严重制约其在能源和环境领域的大规模推广应用（Nat. Mater., 2010, 9, 559–564）。

因此，为了改善Ag₃PO₄的可见光催化活性，研究人员开展了Ag₃PO₄的改性研究。目前，已提出不同方法改善其活性和稳定性，如形貌控制、表面修饰和元素掺杂。近些年，Ag₃PO₄/无机物（TiO₂、SnO₂、ZnO、Fe₂O₃、CeO₂、AgX（X = Cl、Br、I）、Bi₂WO₆、BiPO₄、BiOI、WO₃、Ag₂O等）及Ag₃PO₄/有机物（MoS₂，C₃N₄，氧化石墨烯、石墨烯、碳纳米管、碳量子点等）异质结得到了长足的发展（Appl Catal B: Environ, 2016, 181, 707–715），同时，由于材料的形貌直接影响催化剂的性能，研究人员在Ag₃PO₄的形貌控制方面也做了大量工作，Ye等研究表明，在可见光下降解有机污染物，具有{1 1 0}菱形十二面体晶面与具有{1 0 0}立方体晶面的Ag₃PO₄比常规球型Ag₃PO₄表现出更高的催化活性（J. Am. Chem. Soc., 2011, 133,6490–6492）。上述改性的可见光催化剂有效提高了量子效率，提供了更多的活性位点，改善了其对可见光的利用率。