[发明专利]一种超微纳米磷酸银/二氧化钛纳米花复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种超微纳米磷酸银/二氧化钛纳米花复合材料的制备方法，本发明制备的超微磷酸银/二氧化钛纳米花复合材料由二氧化钛纳米花，超微磷酸银纳米颗粒复合而成，其中，二氧化钛纳米花由超薄二氧化钛纳米片自组装形成，其尺寸在500‑1000nm。二氧化钛纳米花可提供大比表面积负载磷酸银颗粒，磷酸银颗粒的尺寸在1‑4nm，并且超微磷酸银纳米颗粒均匀沉积在二氧化钛纳米花上。本发明的超微磷酸银/二氧化钛纳米花复合材料是一种高效、稳定的可见光催化剂，采用简单的方法制备复合纳米材料，制备过程简单，反应条件容易控制，适用于大规模制备和工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种超微纳米磷酸银/二氧化钛纳米花复合材料及其制备方法与应用，属于纳米材料和光催化技术领域。

背景技术

21世纪人类可持续发展面临的两大挑战就是能源问题和环境问题。太阳能具有清洁、廉价、可再生等优点，因此高效快捷地利用、转化和存储太阳能是人们努力的目标。半导体光催化技术正是以太阳能的化学转化与储存为核心，通过太阳能光降解有机物有望解决工业污染问题。

磷酸银作为一种新型的可见光响应半导体光催化材料广泛应用于水处理、光解水、废气处理和抗菌等领域。它具有光催化活性高、形貌可调等优点，光催化分解水的量子效率高达90％，析氧速率分别是BiVO₄和WO₃的3倍和8倍，使得其具备重要的研究意义和使用前景。尽管人们通过晶面调控和形貌控制实现了磷酸银光催化活性的进一步提升，但是还存在回收困难、易光腐蚀和使用成本较高等缺点。

另外，制备合适尺寸的二氧化钛分级纳米花结构的纳米材料被认为是提高二氧化钛光催化性能的新策略，由于其表现出独特的物理化学性质：较低的光反射率、较好提高物理光吸收、拥有提供更多反应位点和活性位点等优点。可以在一定程度上拓宽了二氧化钛的光吸收范围并提高了其光生载流的寿命。而且二氧化钛的分级结构由具有纳米结构的分支自组装形成，其纳米级的分支有利于促进载流子的分离，另外，其较大的尺寸有利于光催化剂回收，这使其在光催化领域的应用备受关注。然而二氧化钛分级结构纳米材料是宽禁带的半导体(3.2eV)，导致其不能有效地利用可见光，限制其在光催化领域的应用。

因此将磷酸银纳米颗粒与二氧化钛复合在一起形成磷酸银/二氧化钛异质结复合光催化剂，由于两种半导体材料之间存在能级匹配作用，所以磷酸银上的光生空穴可以被迅速转移，促进光生载流子的分离，抑制光腐蚀，提高磷酸银的稳定性，同样促进了光生载流子的分离，提高光催化效率，而且二氧化钛分级纳米花结构具有较大的尺寸有利于光催化剂的回收。

发明内容

本发明目的是针对上述问题，提供一种超微纳米磷酸银/二氧化钛纳米花复合材料的制备方法，解决了现有技术中二氧化钛光吸收不足，光利用率低，磷酸银稳定性差以及光催化剂回收困难等问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种超微纳米磷酸银/二氧化钛纳米花复合材料的制备方法，所述步骤如下：

步骤1：先将异丙醇加入到二乙烯三胺中，搅拌均匀，再加入二(乙酰丙酮基)钛酸二异丙酯，异丙醇、二乙烯三胺和二(乙酰丙酮基)钛酸二异丙酯的体积比为1260～2520:1～10:45～360，搅拌均匀，倒入反应釜中，200～220℃条件下，溶剂热处理24～36小时，洗涤，干燥，将得到纳米材料以1～10℃/min升温到退火温度，退火温度为550℃，退火时间为2小时，得到前驱体富氧空位二氧化钛纳米花材料。

步骤2：将前驱体二氧化钛纳米花材料搅拌分散于30mL乙醇中，适度超声将其分散均匀；称取200～400mg硝酸银溶于质量分数为1～2％，体积为10ml的氨水中溶液中，得到银氨溶液；将银氨溶液滴加至二氧化钛乙醇分散液中；然后在搅拌状态下，将体积为10mL，0.2～0.4mol/L磷酸二氢钠溶液滴加入混合溶液中，硝酸银与二氧化钛纳米花前驱体质量比为1:2～4，化学沉积磷酸银颗粒，静置，离心清洗，置于烘箱中60℃，干燥12小时，得到磷酸银/二氧化钛纳米花复合材料。