[发明专利]Z型WO3

说明书

本发明公开Z型WO₃:Yb³⁺,Er³⁺/Ag/Ag₃VO₄/Ag光催化剂的制备方法及应用。首先采用水热法制备了WO₃:Yb³⁺,Er³⁺和Ag₃VO₄，其次采用光还原法将银纳米粒子负载在Ag₃VO₄的表面，形成Ag/Ag₃VO₄/Ag，最后通过高温煅烧方法制备了目标产物。本发明中，WO₃既可作为上转换发光剂的基质，也可以作为高效的半导体催化剂，大幅度提升了光催化活性。此外，具有等离子体效应的银纳米粒子可以作为导电通道和助催化剂来促进电子转移以及提高氢气的产量。因此，光响应范围被明显拓宽，电子空穴对的分离效率被极大提高。合成的光催化剂用于光催化降解左氧氟沙星，同时产生了清洁的能源‑氢气。

技术领域

本发明属于光催化领域，具体涉及合成了同时具有上转换发光剂和等离子体效应的Z型 WO₃:Yb³⁺,Er³⁺/Ag/Ag₃VO₄/Ag光催化剂及其在太阳光下降解抗生素污染物和光解水制氢中的应用。

背景技术

目前，全球能源需求主要依赖于化石燃料。然而，作为不可再生能源，化石燃料将在不久的将来会被迅速消耗殆尽。随着经济全球化和人口的增长，未来世界对能源的需求将会越来越大。为了解决能源需求问题，发展清洁的和可再生能源尤为重要。幸运的是，氢气，作为一种零排放燃料和可再生能源，是一种很有前途的传统化石燃料替代品。传统上，水气分离反应和天然气-蒸汽反应是工业上常见的制氢策略。然而，这些过程会释放大量的二氧化碳，从而造成温室效应和气候变化。结合太阳能的光催化技术可以通过分解水产生清洁的氢能。同时，在废水中加入一些强还原性的物质作为牺牲剂，如抗生素，不仅可以实现高效制氢，还可以用来净化水环境。近年来，人们在光催化制氢方面做了大量的工作，但仍存在一些问题，如太阳光利用率低、原料成本高、电子-空穴对易重组等。因此，要实现以污染物为牺牲剂的光催化技术在制氢中的实际应用，开发高性能的新型光催化剂变得尤为迫切。

大多数宽带隙半导体光催化剂具有较高的催化活性。然而，它们只能吸收紫外光进行光催化反应。但是，紫外光在太阳光中的比例非常小(约4％)，导致太阳光利用率低。近年来使用的上转换发光剂可以将低能量的光转化为高能量的光，从而提高了太阳光的利用率。然而，上转换发光剂颗粒大多以直接与半导体结合或被半导体包覆的形式加以利用，不利于光的传输、吸收和转换。如果所制备的半导体粒子同时具有光催化和光转换性能，那么上述问题就可以得到有效解决。此外，近年来，表面等离子体共振效应的研究能够为光催化领域萌发了新的希望。具有等离子体共振效应的金属能够产生高能的“热电子”，对于Z型光催化体系中的电子转移会起到促进作用。基于上述内容，开发高效的光催化剂以及构筑新型的光催化体系是很有必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型Z型WO₃:Yb³⁺,Er³⁺/Ag/Ag₃VO₄/Ag光催化剂，明显增强了半导体光催化剂的光催化活性。通过上转换发光剂优秀的转光性能和催化性能，强化了自身宽带隙半导体和等离子体效应的激发，极大地拓宽了光的响应范围，电子空穴对的分离效率也明显提高。