一種銀摻雜的二氧化鋯光催化劑及其制備方法和用途
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種銀摻雜的二氧化鋯光催化劑，主要采用以下步驟制得：1)取工業(yè)級(jí)二氧化鋯，放入馬弗爐中高溫煅燒，得到中間樣1；2)將中間樣1放入強(qiáng)堿溶液中，在攪拌下滴入含銀離子的水溶液，繼續(xù)攪拌，得到中間樣2；3)將中間樣2放入高壓釜中，水熱反應(yīng)，得到中間樣3；4)將中間樣3放入離心管中，離心洗滌至上清液pH值為7，放在常溫下干燥，即制得銀摻雜的二氧化鋯光催化劑。本發(fā)明還公開了將上述銀摻雜的二氧化鋯光催化劑用于光催化水分解的用途。本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中銀摻雜的二氧化鋯光催化劑的空白，且本發(fā)明制得的銀摻雜的二氧化鋯光催化劑尺寸均一，光催化水分解的效率高，制備方法簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低。
【專利說明】一種銀摻雜的二氧化鋯光催化劑及其制備方法和用途

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光催化劑領(lǐng)域，尤其是一種銀摻雜的二氧化鋯光催化劑及其制備方法和用途。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著煤、石油等化石能源的日趨減少，尋找新的替代能源已經(jīng)得到各國(guó)的普遍重視。太陽(yáng)能是取之不盡、用之不竭的能源，科學(xué)家們也在為把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變成可儲(chǔ)存的電能、化學(xué)能而努力。日本學(xué)者Fujishima和Honda 1972年發(fā)現(xiàn)了 1102電極能使水分解產(chǎn)生氫氣的現(xiàn)象，揭示了利用太陽(yáng)能分解水制氫氣的可能。利用太陽(yáng)能光分解水產(chǎn)生潔凈的能源H2，成為人類夢(mèng)寐以求的愿望。
[0003]二氧化錯(cuò)(Zr02)是一種耐高溫、耐腐蝕的無(wú)機(jī)非金屬材料，具有良好的穩(wěn)定性。但是它的禁帶很寬，光催化活性較低。研宄報(bào)道摻雜異種金屬可以改變二氧化鈦的禁帶寬度，從而使之在可見光區(qū)有響應(yīng)，并大大提高了二氧化鈦的活性。利用相同的原理，也可以減小二氧化鋯的禁帶寬度，提高其催化活性，從而為二氧化鋯應(yīng)用于光催化水分解提供了可能。但目前關(guān)于異種金屬摻雜二氧化鋯的報(bào)道比較少，尤其是可應(yīng)用于光催化水分解的銀摻雜的二氧化鋯光催化劑的報(bào)道幾幾乎沒有。因此，急需探索一種可光催化劑水分解的銀摻雜的二氧化鋯光催化劑及其制備方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明旨在提供一種簡(jiǎn)單易行的銀摻雜的二氧化鋯光催化劑的制備方法及其所制得的銀摻雜的二氧化鋯光催化劑，還包括將所述銀摻雜的二氧化鋯光催化劑用于光催化水制氫的用途。
[0005]本發(fā)明提供的銀摻雜的二氧化鋯光催化劑的制備方法如下:1)取工業(yè)級(jí)二氧化鋯，放入馬弗爐中高溫煅燒，得到中間樣1 ;2)將中間樣1放入強(qiáng)堿溶液中，在攪拌下滴入含銀離子的水溶液，繼續(xù)攪拌，得到中間樣2 ；3)將中間樣2放入高壓釜中，水熱反應(yīng)，得到中間樣3 ;4)將中間樣3放入離心管中，離心洗滌至上清液pH值為7，放在常溫下干燥，即制得銀摻雜的二氧化鋯光催化劑。
[0006]1)中所述馬弗爐高溫煅燒溫度為300-500 °C，2)中所述強(qiáng)堿為NaOH或K0H，其濃度為 5-15mol/Lo
[0007]2)中所述含銀離子的水溶液為AgN03溶液，其濃度為0.05-0.5mol/L，加入量以銀在二氧化鋯中所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0-1%計(jì)算得到。優(yōu)選地，2)中所述含銀離子的水溶液為AgN03溶液，其濃度為0.lmol/L，加入量以銀在二氧化鋯中所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%計(jì)算得到。
[0008]3)中所述水熱反應(yīng)溫度為120°C -240 °C，反應(yīng)時(shí)間為12h_48h。優(yōu)選地，3)中所述水熱反應(yīng)溫度為180 °C，反應(yīng)時(shí)間為24h。
[0009]本發(fā)明還要求保護(hù)采用以上方法制得的銀摻雜的二氧化鋯光催化劑以及將所制得的銀摻雜的二氧化鋯光催化劑用于光催化水分解制取氫氣的用途。
[0010]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)銀摻雜的二氧化鋯光催化劑的空白，微量銀離子的摻雜，改變了二氧化鋯的能帶結(jié)構(gòu)，減小了二氧化鋯的禁帶寬度，提高了二氧化鋯的光催化性能；且本發(fā)明的原材料為工業(yè)級(jí)二氧化鋯，制備方法簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低；所制得的銀摻雜的二氧化鋯光催化劑粒徑均一，減少二氧化鋯納米粒子的團(tuán)聚，其光催化水分解的效率高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中的不含銀的二氧化鋯光催化劑SEM圖；
[0012]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中的銀摻雜的二氧化鋯光催化劑Sffl圖；
[0013]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中的光催化水分解速率與銀摻雜量的關(guān)系圖；
[0014]圖4為本發(fā)明光催化水分解速率與水熱反應(yīng)溫度的關(guān)系圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]現(xiàn)結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0016]實(shí)施例1
[0017]取6份工業(yè)級(jí)二氧化鋯1.08g，放入馬弗爐中，在450°C下煅燒5h，得到中間樣1 ;將中間樣1放入10mL lOmol/L的NaOH溶液中攪拌，在攪拌下滴入0.lmo/L的△8勵(lì)3溶液，每份AgN03溶液的滴入量以銀在二氧化鋯中所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0 %，0.1 %，0.2 %，0.4%，0.6 %，1%計(jì)算得到，繼續(xù)攪拌lh，得到中間樣2 ;將中間樣2放入高壓釜中，在180°C下水熱反應(yīng)24h，得到中間樣3 ;然后將中間樣3放入離心管中，離心洗滌至上清液pH值為7，放在常溫下干燥，即制得不同銀摻雜量的銀摻雜的二氧化鋯光催化劑。當(dāng)銀的摻雜量為0%時(shí)，即不含銀的二氧化錯(cuò)光催化劑，其粒徑大小為50nm-100nm之間，粒徑分布不均勾，發(fā)生小范圍的團(tuán)聚，如圖1所示。當(dāng)銀摻雜量為0.2%，制得的銀摻雜的二氧化鋯光催化劑粒徑分布均一，約為60nm，且?guī)缀鯚o(wú)團(tuán)聚現(xiàn)象發(fā)生，納米顆粒表面覆蓋有一層較細(xì)的粉末，如圖2所示。
[0018]銀摻雜的二氧化鋯光催化劑的分解水制氫能力是在一個(gè)密閉循環(huán)的裝置中測(cè)試的。裝置由石英容器作為主反應(yīng)器，高壓汞燈或氙燈作為紫外或可見光的光源，循環(huán)泵作為氣體循環(huán)的動(dòng)力，并附以磁力攪拌及冷凝系統(tǒng)。反應(yīng)系統(tǒng)的總體積1350ml。測(cè)試時(shí)，將0.lg銀摻雜的二氧化鋯光催化劑、20ml甲醇和400ml去離子水加入到石英反應(yīng)器中，反應(yīng)器安裝完畢后，對(duì)系統(tǒng)反復(fù)充入氮?dú)猓匀コ渲械目諝?，然后磁力攪拌，在汞燈照射下反?yīng)2h。采用氣相色譜儀測(cè)試產(chǎn)生氫氣的百分含量并計(jì)算產(chǎn)氫速率。光催化水分解速率與銀摻雜量的關(guān)系如圖3所示。由圖中可見，在二氧化鋯中摻雜微量的銀，可以提高二氧化鋯光催化水分解的效率，尤其是在銀加入量為0.2%時(shí)催化效果最好，存在最好的產(chǎn)氫速率1648.66 ymol/h.g，說明微量的銀可引起二氧化鋯晶體結(jié)構(gòu)的微小變化或者改變了二氧化鋯的表面組成，從而改變二氧化鋯的能帶結(jié)構(gòu)，對(duì)光催化作用產(chǎn)生影響，大幅度的提高了二氧化鋯的光催化活性。
[0019]實(shí)施例2
[0020]取4份工業(yè)級(jí)二氧化鋯1.08g，放入馬弗爐中，在300°C下煅燒5h，得到中間樣1 ;將中間樣1放入10mL 6mol/L的NaOH溶液中攪拌，在攪拌下滴入0.45mo/L的AgN03溶液，AgN03溶液的滴入量以銀在二氧化鋯中所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%計(jì)算得到，繼續(xù)攪拌lh，得到中間樣2 ;將中間樣2放入高壓釜中，每份分別在120°C、150°C、180°C、240°C下水熱反應(yīng)48h，得到中間樣3 ;然后將中間樣3放入離心管中，離心洗滌至上清液pH值為7，放在常溫下干燥，即制得不同水熱反應(yīng)溫度的銀摻雜的二氧化鋯光催化劑。不同水熱反應(yīng)溫度的銀摻雜的二氧化鋯光催化劑的分解水制氫能力采用實(shí)施例1中的裝置和方法評(píng)估。光催化水分解速率與水熱反應(yīng)溫度的關(guān)系如圖3所示。由圖中可知，水熱反應(yīng)溫度最佳值為180°C。
[0021]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定為本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。例如，本發(fā)明1)中高溫煅燒溫度也可為400°c或500°C，高溫煅燒時(shí)間為4h或6h，2)中強(qiáng)堿還可為KOH，其濃度可為5mol/L或15mol/L，以能除去二氧化鋯表面的有機(jī)物為宜。水熱時(shí)間還可為72h，由于其對(duì)光催化性能影響不大，所以優(yōu)先選擇12h-48h，以節(jié)約能源。
【權(quán)利要求】
1.一種銀摻雜的二氧化鋯光催化劑的制備方法，包括以下步驟: 1)取工業(yè)級(jí)二氧化鋯，放入馬弗爐中高溫煅燒，得到中間樣I; 2)將中間樣I放入強(qiáng)堿溶液中，在攪拌下滴入含銀離子的水溶液，繼續(xù)攪拌，得到中間樣2 ； 3)將中間樣2放入高壓釜中，進(jìn)行水熱反應(yīng)，得到中間樣3； 4)將中間樣3放入離心管中，離心洗滌至上清液pH值為7，放在常溫下干燥，即制得銀摻雜的二氧化鋯光催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銀摻雜的二氧化鋯光催化劑的制備方法，其特征在于:1)中所述馬弗爐高溫煅燒溫度為300-500 °C，煅燒時(shí)間為4-6h，2)中所述強(qiáng)堿為NaOH或Κ0Η，其濃度為 5_15mol/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的銀摻雜的二氧化鋯光催化劑的制備方法，其特征在于:2)中所述含銀離子的水溶液為AgNO3溶液，其濃度為0.05-0.5mol/L，加入量以銀在二氧化鋯中所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0-1 %計(jì)算得到。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的銀摻雜的二氧化鋯光催化劑的制備方法，其特征在于:2)中所述含銀離子的水溶液為AgNO3溶液，其濃度為0.lmol/L，加入量以銀在二氧化鋯中所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%計(jì)算得到。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的銀摻雜的二氧化鋯光催化劑的制備方法，其特征在于:3)中所述水熱反應(yīng)溫度為120°C -240°C，反應(yīng)時(shí)間為12-48h。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的銀摻雜的二氧化鋯光催化劑的制備方法，其特征在于:3)中所述水熱反應(yīng)溫度為180°C，反應(yīng)時(shí)間為24h。
7.—種銀摻雜的二氧化鋯光催化劑，其特征在于:采用權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的銀摻雜的二氧化鋯光催化劑的制備方法制得。
8.—種銀摻雜的二氧化鋯光催化劑的用途，其特征在于:將權(quán)利要求7所述的銀摻雜的二氧化鋯光催化劑用于光催化水分解制取氫氣。
【文檔編號(hào)】B82Y30/00GK104475095SQ201410708337
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】馬莉 申請(qǐng)人:東莞市青麥田數(shù)碼科技有限公司