[发明专利]一种Z型光催化剂及制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种Z型光催化剂及制备方法和应用。将ZnIn₂S₄水溶液超声分散，随后加入AgNO₃进行第一次搅拌，再加入NH₄VO₃之后进行第二次搅拌，将上述获得的悬浮液移至聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在140‑200℃的条件下反应20‑40h，然后随箱体冷却至室温，最后用去离子水和无水乙醇洗涤，真空干燥即可获得AgVO₃/Ag/ZnIn₂S₄粉末。本发明所提供的Z型光催化剂具有大的比表面积，多的活性位点，Ag纳米粒子(NPs)作为中间桥梁进一步提高了光生载流子的分离效率，使得所制备的光催化剂高效的光催化活性得以发挥。

技术领域

本发明涉及一种可见光下光催化还原六价铬(Cr(VI))Z型光催化剂及制备方法和应用。利用简单的原位合成法制备了AgVO₃/Ag/ZnIn₂S₄光催化剂，并将该光催化剂应用于可见光催化还原Cr(VI)。

背景技术

Cr(VI)由于其高毒性容易引起健康问题如可导致癌症、肺部充血和肝损害等疾病进而被许多国家视为严重污染物之一。当前，去除Cr(VI)的传统方法包括化学沉淀、离子交换、电解、吸附和反渗透等。Cr(VI)一般以阴离子(CrO₄^2-)和(Cr₂O₇^2-)两种形式存在于水溶液中，这些阴离子被认为是致癌剂和诱变剂。相反，与Cr(VI)相比，Cr(III)无毒并且是人类身体所必需的痕量金属。因此，与传统处理技术相比，光催化技术是一种将Cr(VI)还原为Cr(III)更有效、更清洁的方法，进而Cr(III)可以Cr(OH)₃沉淀的形式作为固体废物进行去除。目前，半导体光催化还原技术虽然已经成为极具吸引力的还原Cr(VI)的有效方法，被广泛应用于环境污染处理当中。但仍然存在一定的限制，阻碍其光催化性能提升的两个负面因素分别是光生电子-空穴对的快速复合和较低的可见光利用率。因此，有必要从设计改进光催化剂的角度进而提升其光催化活性。

作为双金属硫化物，窄带隙的ZnIn₂S₄由于其能够高效地利用可见光且具有较高的的化学稳定性，近年来在光催化领域迅猛发展。ZnIn₂S₄已经被广泛应用于分解水制氢、CO₂及Cr(VI)还原和选择性有机合成等，但ZnIn₂S₄的光催化能力比人们预期的要低，这往往是因为单一相光催化剂的活性位点较少以及较高的光生载流子复合几率。作为一种重要的银基化合物，AgVO₃的禁带宽度较窄具有较高的可见光响应能力，因此在光催化领域引起了广泛的研究兴趣。与ZnIn₂S₄类似，由于其光生电子-空穴对的分离效率低限制了其光催化活性的提升，因此有必要进一步研究以增强其实际应用价值。

半导体光催化技术因绿色、高效、节能等优点在环境治理方面备受瞩目，解决单一相光催化剂本身存在的问题目前较为高效流行的手段是构建异质结。已有研究表明，金属硫化物具有优异的可见光响应性能和光催化活性但通常存在严重的光腐蚀问题(S-金属键易被光生空穴氧化)；另一方面，值得注意的是，AgVO₃光催化剂也存在光腐蚀现象(Ag⁺易被光生电子还原)。综上所述，为了解决单一相光催化剂性能低且易腐蚀等问题，本研究试图构建Z型AgVO₃/Ag/ZnIn₂S₄光催化剂并将其应用于光催化环境治理领域。

发明内容

本发明的目的是提供一种Z型AgVO₃/Ag/ZnIn₂S₄光催化剂的制备方法，并考察其在可见光下光催化还原Cr(VI)的性能。该发明的制备过程简单易控、操作方便、重复性强，产品具有产率高、产品性能稳定的优点。