本發(fā)明屬于光催化技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明涉及一種可應(yīng)用于水中污染物降解以及光解水制氫的光催化材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，全球環(huán)境污染和能源危機問題日益突出，已嚴(yán)重威脅到人類的生存和發(fā)展，更成為制約世界各國可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。如何降解日益嚴(yán)重的環(huán)境污染和能源短缺問題，已成各國政府普遍關(guān)注并亟待解決的頭等大事。

自fujishima和honda發(fā)現(xiàn)在n型半導(dǎo)體二氧化鈦電極上光解水制氫以來，半導(dǎo)體光催化技術(shù)引起了廣大研究者的極大關(guān)注，并有望在解決日益嚴(yán)重的環(huán)境污染和能源危機中發(fā)揮關(guān)鍵作用。在環(huán)境污染物治理方面，半導(dǎo)體光催化材料可以利用太陽光將水體和大氣中的絕大對數(shù)有機污染物降解為無毒無害的二氧化碳和水；在解決能源危機方面，半導(dǎo)體光催化材料可以利用太陽光光解水制備氫氣，作為不產(chǎn)生污染的清潔能源，滿足人類的能源需求。納米二氧化鈦具有光化學(xué)性能穩(wěn)定、無二次污染和價廉易得等優(yōu)點，被認為是最具應(yīng)用前景的光催化材料之一。然而，二氧化鈦的禁帶寬度(3.2ev)決定了其只能吸收387nm以下的紫外光，而到達地球表面的太陽光譜中紫外光僅占3-5％，這就造成了二氧化鈦對太陽光的利用效率低；同時，二氧化鈦中光生電子和空穴的復(fù)合也大大降低了其光量子效率。這些缺陷的存在嚴(yán)重阻礙了其在污染物治理中的應(yīng)用。

為了提高二氧化鈦對太陽光的利用效率，金屬摻雜、非金屬摻雜、染料敏化、復(fù)合半導(dǎo)體等改性措施被應(yīng)用于二氧化鈦改性。此外，也有一些研究工作圍繞非二氧化鈦的窄帶隙光催化材料展開。本發(fā)明提出了一種核殼結(jié)構(gòu)二氧化鈦/溴碘化銀光催化材料及其制備方法，旨在通過核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合半導(dǎo)體的構(gòu)建，實現(xiàn)響應(yīng)可見光的同時提高其光生載流子分離效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

要解決的技術(shù)問題：本發(fā)明針對tio2的可見光活性低的問題，提出了一種核殼結(jié)構(gòu)二氧化鈦/溴碘化銀光催化材料及其制備方法，旨在提高催化劑的可見光催化活性，實現(xiàn)水體有機污染物的高效降解。

技術(shù)方案：為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種核殼結(jié)構(gòu)二氧化鈦/溴碘化銀光催化材料的制備方法，所述的制備方法包括以下步驟：

(1)在高速攪拌下，將硝酸銀溶液和溴化鈉-碘化鉀的混合溶液同時注入裝有1wt％-4wt％的聚乙烯吡咯烷酮水溶液的反應(yīng)鍋中，控制反應(yīng)溫度，反應(yīng)時間，制得均一的立方體溴碘化銀納米粒子；

(2)在聚乙烯吡咯烷酮水溶液中，加入溴碘化銀納米顆粒和硫酸氧鈦，采用程序升溫法從室溫升到90℃，再保溫1-3小時，使二氧化鈦沉積到溴碘化銀顆粒表面；

(3)將步驟(2)制備得到的混合物轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜，水熱處理12小時，即可得到二氧化鈦/溴碘化銀復(fù)合光催化材料。

優(yōu)選的，所述的步驟(1)中反應(yīng)溫度為50-90℃。

優(yōu)選的，所述的步驟(1)中反應(yīng)時間為1-3小時。

優(yōu)選的，所述的步驟(2)中升溫速率為5-10℃/小時。

優(yōu)選的，所述的步驟(3)中水熱處理溫度為120-160℃。

以上所述的一種核殼結(jié)構(gòu)二氧化鈦/溴碘化銀光催化材料的制備方法制備得到的核殼結(jié)構(gòu)二氧化鈦/溴碘化銀光催化材料。

有益效果：本發(fā)明將雙注沉淀制備技術(shù)、程序升溫沉積與水熱處理技術(shù)相結(jié)合，可在溫和的條件下，快速制備溴碘化銀納米粒子，然后包覆二氧化鈦，并通過水熱晶化，得到二氧化鈦/溴碘化銀光催化材料。本發(fā)明具有工藝簡單、制備周期短、可大量制備等優(yōu)點。

附圖說明

圖1是實施例1得到產(chǎn)品的掃描電子顯微鏡圖。

圖2是實施例1得到產(chǎn)品光催化降解甲基橙的光催化活性圖。

具體實施方式

可見光光催化降解甲基橙反應(yīng)過程如下：

在25℃下，以500w的鹵鎢燈燈為紫外光源(用濾光片濾去420nm以下的紫外線)，在100ml玻璃反應(yīng)管中加入80ml甲基橙溶液(20mg/l)和0.08g催化劑，光源與玻璃反應(yīng)管的距離為10cm，暗反應(yīng)吸附30分鐘，使染料在催化劑表面達到吸附-脫附平衡后，開始進行光催化反應(yīng)，每10分鐘取樣一次，離心分離后，用紫外-可見分光光度計測其吸光度，并計算殘留甲基橙的濃度。

實施例1

在反應(yīng)鍋內(nèi)加入聚乙烯吡咯烷酮和水，配置2wt％的聚乙烯吡咯烷酮水溶液，在高速攪拌下，用蠕動泵將硝酸銀溶液以及溴化鈉和碘化鉀的混合溶液同時注入反應(yīng)鍋中，并通過控制硝酸銀以及溴化鈉和碘化鉀混合液的注入速度，使硝酸銀和鹵化物等摩爾量加入。反應(yīng)溫度控制在70℃，反應(yīng)時間2小時，得到溴碘化銀納米粒子。在聚乙烯吡咯烷酮水溶液中，加入溴碘化銀納米顆粒和硫酸氧鈦，采用程序升溫法從室溫升到90℃(升溫速率10℃/小時)，再保溫2小時，使二氧化鈦沉積到溴碘化銀顆粒表面；將上述混合物轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜，在140℃下水熱處理12小時，即可得到二氧化鈦/溴碘化銀復(fù)合光催化材料。

實施例1所得產(chǎn)品的掃描電鏡圖如圖1所示，從圖1(a)中可以看出，所得溴碘化銀微晶為均一的立方體形貌，從圖1(b)中可以看出,立方溴碘化銀顆粒外面均勻地包覆了二氧化鈦。圖2為實施例1樣品和氮摻雜二氧化鈦(n-二氧化鈦)在可見光下的甲基橙降解曲線。圖2(a)為n-二氧化鈦；圖2(b)為二氧化鈦/溴碘化銀。光催化實驗結(jié)果表明，實施例1制備的二氧化鈦/溴碘化銀復(fù)合光催化材料的降解甲基橙活性遠高于n-二氧化鈦。

實施例2

在反應(yīng)鍋內(nèi)加入聚乙烯吡咯烷酮和水，配置2％的聚乙烯吡咯烷酮水溶液，在劇烈攪拌下，用蠕動泵將硝酸銀溶液以及溴化鈉和碘化鉀的混合溶液同時注入反應(yīng)鍋中，并通過控制硝酸銀以及溴化鈉和碘化鉀混合液的注入速度，使硝酸銀和鹵化物等摩爾量加入。反應(yīng)溫度控制在50℃，反應(yīng)時間2小時，得到溴碘化銀納米粒子。在聚乙烯吡咯烷酮水溶液中，加入溴碘化銀納米顆粒和硫酸氧鈦，采用程序升溫法從室溫升到90℃(升溫速率10℃/小時)，再保溫2小時，使二氧化鈦沉積到溴碘化銀顆粒表面；將上述混合物轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜，在140℃下水熱處理12小時，即可得到二氧化鈦/溴碘化銀復(fù)合光催化材料。降解甲基橙結(jié)果表明：所得到的得到二氧化鈦/溴碘化銀復(fù)合光催化可見光下具有高效降解甲基橙活性。

實施例3

在反應(yīng)鍋內(nèi)加入聚乙烯吡咯烷酮和水，配置2％的聚乙烯吡咯烷酮水溶液，在劇烈攪拌下，用蠕動泵將硝酸銀溶液以及溴化鈉和碘化鉀的混合溶液同時注入反應(yīng)鍋中，并通過控制硝酸銀以及溴化鈉和碘化鉀混合液的注入速度，使硝酸銀和鹵化物等摩爾量加入。反應(yīng)溫度控制在90℃，反應(yīng)時間2小時，得到溴碘化銀納米粒子。在聚乙烯吡咯烷酮水溶液中，加入溴碘化銀納米顆粒和硫酸氧鈦，采用程序升溫法從室溫升到90℃(升溫速率10℃/小時)，再保溫2小時，使二氧化鈦沉積到溴碘化銀顆粒表面；將上述混合物轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜，在140℃下水熱處理12小時，即可得到二氧化鈦/溴碘化銀復(fù)合光催化材料。降解甲基橙結(jié)果表明：所得到的得到二氧化鈦/溴碘化銀復(fù)合光催化可見光下具有高效降解甲基橙活性。

實施例4

在反應(yīng)鍋內(nèi)加入聚乙烯吡咯烷酮和水，配置2％的聚乙烯吡咯烷酮水溶液，在劇烈攪拌下，用蠕動泵將硝酸銀溶液以及溴化鈉和碘化鉀的混合溶液同時注入反應(yīng)鍋中，并通過控制硝酸銀以及溴化鈉和碘化鉀混合液的注入速度，使硝酸銀和鹵化物等摩爾量加入。反應(yīng)溫度控制在70℃，反應(yīng)時間2小時，得到溴碘化銀納米粒子。在聚乙烯吡咯烷酮水溶液中，加入溴碘化銀納米顆粒和硫酸氧鈦，采用程序升溫法從室溫升到90℃(升溫速率：5℃/小時)，再保溫2小時，使二氧化鈦沉積到溴碘化銀顆粒表面；將上述混合物轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜，在140℃下水熱處理12小時，即可得到二氧化鈦/溴碘化銀復(fù)合光催化材料。降解甲基橙結(jié)果表明：所得到的得到二氧化鈦/溴碘化銀復(fù)合光催化可見光下具有高效降解甲基橙活性。

實施例5

在反應(yīng)鍋內(nèi)加入聚乙烯吡咯烷酮和水，配置2％的聚乙烯吡咯烷酮水溶液，在劇烈攪拌下，用蠕動泵將硝酸銀溶液以及溴化鈉和碘化鉀的混合溶液同時注入反應(yīng)鍋中，并通過控制硝酸銀以及溴化鈉和碘化鉀混合液的注入速度，使硝酸銀和鹵化物等摩爾量加入。反應(yīng)溫度控制在70℃，反應(yīng)時間2小時，得到溴碘化銀納米粒子。在聚乙烯吡咯烷酮水溶液中，加入溴碘化銀納米顆粒和硫酸氧鈦，采用程序升溫法從室溫升到90℃(升溫速率8℃/小時)，再保溫2小時，使二氧化鈦沉積到溴碘化銀顆粒表面；將上述混合物轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜，在140℃下水熱處理12小時，即可得到二氧化鈦/溴碘化銀復(fù)合光催化材料。降解甲基橙結(jié)果表明：所得到的得到二氧化鈦/溴碘化銀復(fù)合光催化可見光下具有高效降解甲基橙活性。

實施例6

在反應(yīng)鍋內(nèi)加入聚乙烯吡咯烷酮和水，配置2％的聚乙烯吡咯烷酮水溶液，在劇烈攪拌下，用蠕動泵將硝酸銀溶液以及溴化鈉和碘化鉀的混合溶液同時注入反應(yīng)鍋中，并通過控制硝酸銀以及溴化鈉和碘化鉀混合液的注入速度，使硝酸銀和鹵化物等摩爾量加入。反應(yīng)溫度控制在70℃，反應(yīng)時間2小時，得到溴碘化銀納米粒子。在聚乙烯吡咯烷酮水溶液中，加入溴碘化銀納米顆粒和硫酸氧鈦，采用程序升溫法從室溫升到90℃(升溫速率10℃/小時)，再保溫2小時，使二氧化鈦沉積到溴碘化銀顆粒表面；將上述混合物轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜，在120℃下水熱處理12小時，即可得到二氧化鈦/溴碘化銀復(fù)合光催化材料。降解甲基橙結(jié)果表明：所得到的得到二氧化鈦/溴碘化銀復(fù)合光催化可見光下具有高效降解甲基橙活性。

實施例7

在反應(yīng)鍋內(nèi)加入聚乙烯吡咯烷酮和水，配置2％的聚乙烯吡咯烷酮水溶液，在劇烈攪拌下，用蠕動泵將硝酸銀溶液以及溴化鈉和碘化鉀的混合溶液同時注入反應(yīng)鍋中，并通過控制硝酸銀以及溴化鈉和碘化鉀混合液的注入速度，使硝酸銀和鹵化物等摩爾量加入。反應(yīng)溫度控制在70℃，反應(yīng)時間2小時，得到溴碘化銀納米粒子。在聚乙烯吡咯烷酮水溶液中，加入溴碘化銀納米顆粒和硫酸氧鈦，采用程序升溫法從室溫升到90℃(升溫速率10℃/小時)，再保溫2小時，使二氧化鈦沉積到溴碘化銀顆粒表面；將上述混合物轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜，在150℃下水熱處理12小時，即可得到二氧化鈦/溴碘化銀復(fù)合光催化材料。降解甲基橙結(jié)果表明：所得到的得到二氧化鈦/溴碘化銀復(fù)合光催化可見光下具有高效降解甲基橙活性。

實施例8

在反應(yīng)鍋內(nèi)加入聚乙烯吡咯烷酮和水，配置2％的聚乙烯吡咯烷酮水溶液，在劇烈攪拌下，用蠕動泵將硝酸銀溶液以及溴化鈉和碘化鉀的混合溶液同時注入反應(yīng)鍋中，并通過控制硝酸銀以及溴化鈉和碘化鉀混合液的注入速度，使硝酸銀和鹵化物等摩爾量加入。反應(yīng)溫度控制在70℃，反應(yīng)時間2小時，得到溴碘化銀納米粒子。在聚乙烯吡咯烷酮水溶液中，加入溴碘化銀納米顆粒和硫酸氧鈦，采用程序升溫法從室溫升到90℃(升溫速率10℃/小時)，再保溫2小時，使二氧化鈦沉積到溴碘化銀顆粒表面；將上述混合物轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜，在160℃下水熱處理12小時，即可得到二氧化鈦/溴碘化銀復(fù)合光催化材料。降解甲基橙結(jié)果表明：所得到的得到二氧化鈦/溴碘化銀復(fù)合光催化可見光下具有高效降解甲基橙活性。

實施例9

在反應(yīng)鍋內(nèi)加入聚乙烯吡咯烷酮和水，配置2％的聚乙烯吡咯烷酮水溶液，在劇烈攪拌下，用蠕動泵將硝酸銀溶液以及溴化鈉和碘化鉀的混合溶液同時注入反應(yīng)鍋中，并通過控制硝酸銀以及溴化鈉和碘化鉀混合液的注入速度，使硝酸銀和鹵化物等摩爾量加入。反應(yīng)溫度控制在70℃，反應(yīng)時間2小時，得到溴碘化銀納米粒子。在聚乙烯吡咯烷酮水溶液中，加入溴碘化銀納米顆粒和硫酸氧鈦，采用程序升溫法從室溫升到90℃(升溫速率10℃/小時)，再保溫1小時，使二氧化鈦沉積到溴碘化銀顆粒表面；將上述混合物轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜，在140℃下水熱處理12小時，即可得到二氧化鈦/溴碘化銀復(fù)合光催化材料。降解甲基橙結(jié)果表明：所得到的得到二氧化鈦/溴碘化銀復(fù)合光催化可見光下具有高效降解甲基橙活性。

實施例10

在反應(yīng)鍋內(nèi)加入聚乙烯吡咯烷酮和水，配置2％的聚乙烯吡咯烷酮水溶液，在劇烈攪拌下，用蠕動泵將硝酸銀溶液以及溴化鈉和碘化鉀的混合溶液同時注入反應(yīng)鍋中，并通過控制硝酸銀以及溴化鈉和碘化鉀混合液的注入速度，使硝酸銀和鹵化物等摩爾量加入。反應(yīng)溫度控制在70℃，反應(yīng)時間2小時，得到溴碘化銀納米粒子。在聚乙烯吡咯烷酮水溶液中，加入溴碘化銀納米顆粒和硫酸氧鈦，采用程序升溫法從室溫升到90℃(升溫速率10℃/小時)，再保溫3小時，使二氧化鈦沉積到溴碘化銀顆粒表面；將上述混合物轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜，在140℃下水熱處理12小時，即可得到二氧化鈦/溴碘化銀復(fù)合光催化材料。降解甲基橙結(jié)果表明：所得到的得到二氧化鈦/溴碘化銀復(fù)合光催化可見光下具有高效降解甲基橙活性。