[发明专利]一种等离子体共振效应三元纳米太阳光催化材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种具有等离子体共振效应的Ag/AgBr/BiOBr/TiO₂三元纳米光催化材料，用于降解水体中的有机污染物。该光催化材料可以高效地利用太阳光降解水体中的污染物，可用于地表水污染治理，属于水污染控制领域。该方法主要利用Ag/AgBr的等离子体共振效应和BiOBr的较高可见光利用效率改性TiO₂，使得最终材料可以高效利用太阳光产生自由基而实现水体污染物的高效降解。本方法制备的材料有以下几大优势：（1）Ag/AgBr的等离子体共振效应可以有效抑制催化过程中的光生电子‑空穴对的复合（降低能量损失），掺杂的BiOBr可以弥补TiO₂可见光利用率低的缺点，从而实现高效的太阳光利用率，在节能环保的条件下高效去除水体中的有机污染物；（2）材料在水中具有高的稳定性，易于回收，减少二次污染的产生。

技术领域

本发明属于光催化技术领域，涉及合成一种具有等离子体共振效应的Ag/AgBr/BiOBr/TiO₂三元纳米光催化材料，并将其用于太阳光下催化降解地表水体中的有机污染物。

背景技术

随着社会工业的发展，石油冶炼，矿产开采和制造业等工业过程中排放的废水数量不断增加，这些废水中包含了各种难降解的有机污染物，例如多环芳烃（PAHs），多氯联苯（PCBs），多氯化萘（PCN）等。然而，传统的废水处理方法，即生物处理法和传统高级氧化法，几乎无法达到令人满意的处理效果。因此，排出的废水仍对水生生物和人类健康构成潜在威胁。近年来，光催化技术作为一种先进的高级氧化技术（AOPs），已被开发用于氧化甚至矿化有机污染物。由于其高效，低二次污染，操作简单和处理成本低的优势而被认为是一种极具应用前景的有机污染物治理方法。

自1972 Fujishima发现TiO₂可以光分解水以来，TiO₂由于其高稳定性，低成本和无毒等优点在水体污染物的降解方面受到了广泛而长期的关注。然而，TiO₂具有较宽的带隙，其低可见光响应度和高光生电子-空穴复合率使其无法有效利用太阳光降解污染物。因此，研究可见光利用率高，催化效率优异的光催化剂对降解有机废水具有重要意义。BiOBr具有较窄的带隙，与TiO₂形成的p-n异质结可有效提高材料的可见光利用能力。此外，材料的光催化活性往往与光生电子-空穴的复合速率有关，因此，开发具有较低光生电子-空穴复合率的光催化材料对提升材料的性能具有非常积极的作用。

在此发明中，我们使用BiOBr与TiO₂复合构建p-n异质结，并在材料表面负载Ag/AgBr作为光敏化剂，合成了一种高活性的Ag/AgBr/BiOBr/TiO₂光催化材料。BiOBr的引入显著提高了材料的可见光吸收能力，Ag/AgBr显著出非常强的可见光吸收能力的同时降低光生-电子的复合率，有效优化了TiO₂的能带结构使其更利于电子传递和自由基的形成。这些物质的组合对TiO₂的改性具有一定的协同效应，极大地提高了材料光催化降解污染物的效率，明显优于其他同类型催化剂。

发明内容

该发明的目的在于提供一种具有等离子体共振效应的Ag/AgBr/BiOBr/TiO₂三元纳米光催化材料的制备方法及其制备得到的产品。该材料以硫酸氧钛（TiO₂的前驱体）和尿素进行水热，再将一定量水热得到的产物与五水合硝酸铋（BiOBr的前驱体），硝酸银，醋酸，溴化钾在水溶剂中混合，采用共沉积法合成，并经洗涤、干燥及光还原之后得到最终材料。

上述制备方法中，先将一定量的硫酸氧钛与尿素（质量比为3：2）在水溶剂中混合均匀，持续搅拌10-30 min之后，转移至特氟龙高压反应釜中，并在140-180℃下持续加热8-24 h。

上述制备方法中，将水热反应后得到的混合物，去除上清液后对剩余固体进行洗涤以去除杂质离子的干扰。洗涤为超纯水洗涤，之后通过离心进行固液分离（转速为5000r/min），离心时间为15 min，连续洗涤若干次。