CN104014355B - 一种纳米片与颗粒复合结构可见光催化剂及其制备方法 - Google Patents

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一种纳米片与颗粒复合结构可见光催化剂及其制备方法，属于催化剂的制备方法。可见光催化剂为磷酸钴Co3(PO4)2纳米片与磷酸银Ag3PO4纳米颗粒的复合结构，是通过化学偏聚法制备而成的，即预先配置硝酸银AgNO3和硝酸钴Co(NO3)3的混合溶液，再向其中逐滴加入磷酸氢二铵(NH4)2HPO4溶液直至大量沉淀产生；在可见光降解甲基橙的过程中，相比较同等质量的纯磷酸银Ag3PO4，该复合结构不论稳定性还是光氧化活性均得到显箸增强。其优势不仅在于可用于处理、降解甲基橙等染料废水，还可用来光解水以制取氢气或氧气，在捕获太阳光的同时，有效地促进光生载流子转移。优点：有效表面积大；合成简单，界面晶格匹配性好，有利于提高其催化活性；通过控制两种组分间的比例可使光催化活性进一步得以优化。

Description

一种纳米片与颗粒复合结构可见光催化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种催化剂及制备方法，具体的是一种纳米片与颗粒复合结构可见光催化剂及其制备方法。
背景技术
太阳能是一种清洁、丰富、永不枯竭的资源，应用前景十分广阔。其中一个重要的用途就是太阳光催化。它包括光解水和光降解两种类型，即利用半导体捕获太阳光使水分解，或使污染物降解。最常见的光催化剂为TiO2，它具有化学性质稳定、成本低廉、表面积大等优点，然而过宽的带隙使其仅能利用太阳光中极少的一部分紫外光。
Ag3PO4由于其室温下2.37eV的带隙宽度和高达90%的量子产率，被认为是一种理想的可见光催化剂材料。目前，Ag3PO4晶体的制备已经取得了重大进展，然而单相结构无论循环稳定性还是降解甲基橙的能力均较差。近年来，相当多的研究致力于获得一种基于Ag3PO4的复合光催化剂，如Ag3PO4/CNT、Ag3PO4/AgBr、Ag3PO4/SnO2等。然而，目前还没有关于磷酸银Ag3PO4与磷酸钴Co3(PO4)2的复合光催化剂的报道。
发明内容
本发明的目的是要提供一种纳米片与颗粒复合结构可见光催化剂及其制备方法，以提高传统光催化的活性和稳定性。
本发明的目的是这样实现的，该催化剂的制备方法所使用的材料为磷酸钴基复合半导体光催化剂，由磷酸钴Co3(PO4)2纳米片和磷酸银Ag3PO4纳米颗粒组成，磷酸银Ag3PO4纳米颗粒均匀负载在磷酸钴Co3(PO4)2纳米片上；所述的磷酸钴Co3(PO4)2纳米片的厚度为100～200nm，磷酸银Ag3PO4纳米颗粒的粒径为200～500nm。
制备方法采用化学偏聚法，包括以下步骤：
a)硝酸银、硝酸钴混合水溶液的配制：称量0.051~0.17g硝酸银粉末和0.081~0.29g硝酸钴粉末溶于100g去离子水中，得到两者的混合水溶液，硝酸银和硝酸钴的浓度分别为0.051~0.17%和0.081~0.29%；
b)磷酸氢二氨水溶液的配制：磷酸氢二氨水溶液的配制：称量0.087~0.194g磷酸氢二氨粉末溶于50g去离子水中，得到浓度为0.194~0.388%的磷酸氢二氨水溶液；
c)磷酸银磷酸钴/Ag3PO4/Co3(PO4)2纳米复合可见光催化剂的制备：将浓度为0.194~0.388%的磷酸氢二氨水溶液逐滴滴加到硝酸银与硝酸钴混合水溶液中，硝酸银与硝酸钴浓度分别为0.051~0.17%和0.081~0.29%；在0~80℃冰浴或水浴中磁力搅拌2~10h，将沉淀物离心分离后用去离子水、无水乙醇反复清洗多次，经真空干燥，即得到磷酸银/磷酸钴纳米复合可见光光催化剂。
有益效果：由于采用了上述方案，可见光催化剂为磷酸钴Co3(PO4)2纳米片与磷酸银Ag3PO4纳米颗粒的复合结构，是通过化学偏聚法制备而成的，即预先配置硝酸银AgNO3和硝酸钴Co(NO3)3的混合溶液，再向其中逐滴加入磷酸氢二铵(NH4)2HPO4溶液直至大量沉淀产生；在可见光降解甲基橙的过程中，相比较等量的纯磷酸银Ag3PO4，该复合结构不论稳定性还是光氧化活性均得到显箸增强。
磷酸银Ag3PO4与磷酸钴Co3(PO4)2复合光催化剂的使用可促进了光生载流子的分离，增强了其活性和稳定性。另一方面，磷酸钴为纳米薄片状结构，它不仅能够提供较大的表面积用以负载磷酸银Ag3PO4，而且还能为电子的传输提供快速的通道。因此，将磷酸钴作为基体来合成磷酸银Ag3PO4的复合结构，大大提高了其光催化活性和稳定性。
磷酸银/磷酸钴Ag3PO4/Co3(PO4)2光催化剂及其制备方法，其优势不仅在于可用于处理、降解甲基橙等染料废水，还可用来光解水以制取氢气或氧气，在捕获太阳光的同时，有效地促进光生载流子转移。
该可见光催化剂的优点是：
1）磷酸钴Co3(PO4)2纳米片作为基体，提供的有效表面积大；
2）磷酸钴Co3(PO4)2和磷酸银Ag3PO4同属于磷酸盐晶体，不仅合成简单，而且界面晶格匹配性好，有利于提高其催化活性；
3）通过对磷酸钴Co3(PO4)2纳米片尺寸的调节，可以使复合半导体的光催化活性进一步得以优化。
附图说明
图1为本发明Ag3PO4/Co3(PO4)2可见光催化剂的结构示意图，其中的Ag3PO4为颗粒，Co3(PO4)2为纳米片。
图2为本发明Ag3PO4/Co3(PO4)2可见光催化剂的制备过程。
图3为本发明Ag3PO4/Co3(PO4)2可见光催化剂的扫描电镜图片。
图4为本发明Ag3PO4/Co3(PO4)2可见光催化剂的XRD图片。
图5为本发明Ag3PO4/Co3(PO4)2光催化剂的光降解特性曲线（针对甲基橙溶液），它在50min内能够将甲基橙基本降解完全。
图6为本发明Ag3PO4/Co3(PO4)2光催化剂的光降解循环特性曲线（针对甲基橙溶液），经过四次循环后仍然具有较好的光降解活性。
具体实施方式
实施例1：本发明的可见光催化剂的制备方法，所使用的材料为磷酸钴基复合半导体光催化剂，由磷酸钴Co3(PO4)2纳米片和磷酸银Ag3PO4纳米颗粒组成，磷酸银Ag3PO4纳米颗粒均匀负载在磷酸钴Co3(PO4)2纳米片上；所述的磷酸钴Co3(PO4)2纳米片的厚度为100～200nm，磷酸银Ag3PO4纳米颗粒的粒径为200～500nm；
制备方法采用化学偏聚法，包括以下步骤：
a)配制硝酸银、硝酸钴混合水溶液：称量0.1105g硝酸银粉末和0.1855g硝酸钴粉末溶于100g去离子水中，得到两者的混合水溶液；硝酸银和硝酸钴的质量百分比浓度分别为0.1105%和0.1855%；
b)配制磷酸氢二氨水溶液：称量0.1405g磷酸氢二氨粉末溶于50g去离子水中，得到浓度为0.291%的磷酸氢二氨水溶液；
c)可见光催化剂的制备：将质量百分比浓度为0.194~0.388%的磷酸氢二氨水溶液逐滴滴加到质量百分比浓度分别为0.051~0.17%和0.081~0.29%的硝酸银与硝酸钴混合水溶液中，在0~80℃冰浴或水浴中磁力搅拌6h，将沉淀物离心分离后用去离子水、无水乙醇反复清洗多次，经真空干燥，即得到磷酸银/磷酸钴Ag3PO4/Co3(PO4)2复合可见光催化剂。
实施例2：可见光催化剂的制备方法：
a)硝酸银、硝酸钴混合水溶液的配制：称量0.051g硝酸银粉末和0.081g硝酸钴粉末溶于100g去离子水中，得到混合水溶液，其中硝酸银浓度为0.05%，硝酸钴浓度为0.08%；
b)磷酸氢二氨水溶液的配制：称量0.087g磷酸氢二氨粉末溶于50g去离子水中，得到浓度为0.194%的磷酸氢二氨水溶液；
c)可见光催化剂的制备：将上述浓度为0.194%的磷酸氢二氨水溶液逐滴滴加到硝酸银与硝酸钴混合水溶液中，其中硝酸银浓度为0.05%，硝酸钴浓度为0.08%；在0~80℃冰浴或水浴中磁力搅拌2h，将沉淀物离心分离后用去离子水、无水乙醇反复清洗多次，经真空干燥，即得到磷酸银/磷酸钴纳米复合可见光催化剂。
实施例3：首先，配制100g质量百分比浓度分别为0.17%和0.29%的磷酸银AgNO3和磷酸钴Co(NO3)3水溶液，将两者混合。再向其中逐滴加入质量百公比浓度为0.388%的(NH4)2HPO4水溶液100g，磁力搅拌10h，将沉淀物离心分离，将沉淀物离心分离后用去离子水、无水乙醇反复清洗多次，经真空干燥得到磷酸银/磷酸钴纳米复合可见光催化剂。其它与实施例1同。

Claims (1)

1.一种纳米片与颗粒复合结构可见光催化剂的制备方法，其特征是：该方法包括以下步骤：
a)配制硝酸银、硝酸钴混合水溶液：称量0.051~0.17g硝酸银粉末和0.081~0.29g硝酸钴粉末溶于100g去离子水中，得到两者的混合水溶液；硝酸银和硝酸钴的浓度分别为0.051~0.17%和0.081~0.29%；
b)配制磷酸氢二氨水溶液：称量0.087~0.194g磷酸氢二氨粉末溶于50g去离子水中，得到浓度为0.194~0.388%的磷酸氢二氨水溶液；
c)可见光催化剂的制备：将浓度为0.194~0.388%的磷酸氢二氨水溶液逐滴滴加到浓度分别为0.051~0.17%和0.081~0.29%的硝酸银与硝酸钴混合水溶液中，在0~80℃冰浴或水浴中磁力搅拌2~10h，将沉淀物离心分离后用去离子水、无水乙醇反复清洗多次，经真空干燥，即得到磷酸银/磷酸钴Ag3PO4/Co3(PO4)2纳米片/颗粒复合可见光催化剂。
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