太阳光响应型纳米异质结构光催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种太阳光全光谱响应的Ag2O／TiO2／V2O5纳米异质结构光催化剂及其制备方法，其特征是：将钛酸四丁酯、聚乙烯吡咯烷酮、无水乙醇、二甲基乙酰胺和冰乙酸混合得到A溶液，将双乙酰丙酮钒氧、聚乙烯吡咯烷酮和二甲基乙酰胺混合得到B溶液，A溶液与B溶液混合后得到聚乙烯吡咯烷酮／钛酸盐／双乙酰丙酮钒氧混合溶液，然后用电纺丝法将混合溶液纺丝得到TiO2／V2O5纳米纤维；将AgNO3和TiO2／V2O5纳米纤维置于去离子水中，然后注入NaOH溶液，烘干后即得到Ag2O／TiO2／V2O5纳米异质结构光催化剂。该Ag2O／TiO2／V2O5纳米异质结构光催化剂对紫外、可见及近红外光均有很好的吸收，同时Ag2O、TiO2和V2O5三者之间合理的能带匹配使得光生电子空穴对能有效分离，因此该材料具有极高的太阳光催化活性。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种太阳光全光谱响应的Ag2O／TiO2／V2O5纳米异质结构光催化剂及其制备方法，其特征是：将钛酸四丁酯、聚乙烯吡咯烷酮、无水乙醇、二甲基乙酰胺和冰乙酸混合得到A溶液，将双乙酰丙酮钒氧、聚乙烯吡咯烷酮和二甲基乙酰胺混合得到B溶液，A溶液与B溶液混合后得到聚乙烯吡咯烷酮／钛酸盐／双乙酰丙酮钒氧混合溶液，然后用电纺丝法将混合溶液纺丝得到TiO2／V2O5纳米纤维；将AgNO3和TiO2／V2O5纳米纤维置于去离子水中，然后注入NaOH溶液，烘干后即得到Ag2O／TiO2／V2O5纳米异质结构光催化剂。该Ag2O／TiO2／V2O5纳米异质结构光催化剂对紫外、可见及近红外光均有很好的吸收，同时Ag2O、TiO2和V2O5三者之间合理的能带匹配使得光生电子空穴对能有效分离，因此该材料具有极高的太阳光催化活性。【专利说明】
本专利技术涉及一种可同时响应紫外、可见和近红外光的太阳光催化剂，具体为太阳光全光谱响应的Ag2O / TiO2 / V2O5纳米异质结构光催化剂及其制备方法。
技术介绍
近年来，半导体光催化剂因在空气净化、水净化、抗菌、杀菌、防雾、防污、自清洁和产氢等方面有广泛应用而备受关注。在众多的半导体光催化剂中，TiO2因其活性高、稳定性好、对人体无害、持续作用时间长、反应次数多、成本低、可在常温常压下工作等优良特性而成为被广泛研究的光催化剂之一。但是TiO2量子效率较低，光生电子空穴对容易再复合；并且由于TiO2禁带宽度较宽(为3.2eV)，导致它只能吸收约占太阳光5%的紫外光，而大部分的太阳光不会被吸收利用，太阳光利用率低。因此，如何阻止光生电子空穴对的再复合并扩展太阳光的响应范围对提高TiO2光催化效率有非常深远的现实意义。目前，国内外研究者对TiO2的光催化进行了大量研究，提出了多种改善TiO2太阳光催化效率的方法，如贵金属沉积、金属/非金属掺杂和半导体耦合等，这些方法已从不同程度上将TiO2的光响应范围拓展至可见光区，从而提高了其可见光催化效率。但对太阳光而言，50%为近红外光，若我们能将TiO2的光敏范围从可见光区进一步扩展到近红外光区，这将大大提高TiO2的光催化 效率，同时也可以降低光催化成本。2011年Xiaobo Chen等人(X.Chen, L Liu，P.Y.Yu, S.S.Mao, Increasing solar absorption for photocatalysiswith black hydrogenated titanium dioxide nanocrystals, Science331，746，2011)通过氢化TiO2纳米晶的方法制备了具有非晶表层的黑色TiO2纳米晶，经测试，该材料的带隙从3.2eV减小至1.54eV，对紫外、可见和近红外光均有吸收，太阳光催化效率大大提高。这说明拓展TiO2基纳米材料的近红外光吸收可有效提高其太阳光催化效率。但是，XiaoboChen这种实现TiO2近红外光响应的方法复杂昂贵，工业中很难实现。因此，我们必须寻找一种简单易行的方法来提1? TiO2基纳米材料的近红外吸收率，进而提1?其光催化效率。TiO2与较窄带隙半导体耦合是一种比较容易实现的方法，目前研究者已通过这一方法将TiO2基纳米材料的吸光范围拓展至可见光区，从而提高了其光催化效率，如Ag2S / TiO2 (Y.Xie, S.H.Heo, Y.N.Kim, S.H.Yoo, S.0.Cho, Synthesis and visible lightinduced catalytic activity of Ag2S-Coupled Ti02nanoparticles and nanowires,Nanotechnology，21，015703，2010)，ZrO2 / TiO2 (X.C.Wang, J.C.Yu，Y.L.Chen，L.Wu，X.Z.Fu, ZrO2-modified mesoporous manocrystalIine Ti02-xNx as efficient visiblelight photocatalysts, Environmental Science&Technology，40，2369，2006)，BiFeO3 /TiO2(S.Li, Y.H.Lin, B.P.Zhang, J.F.Li, C.W.Nan, BiFeO3 / Ti02core_shell structurednanocomposites as visible-active photocatalysts and their optical responsemechanism, Journal of Appl ied Physics，105，054310，2009)，MoS2 / TiO2 (W.Zhou,Z.Yin，Y.Du, X.Huang, Z.Zeng，Z.Fan，H.Liu, J.Wang, H.Zhang, Synthesis of few-layerMoS2nanosheet-coated Ti02nanobelt heterostructures for enhanced photocatalyticactivities, Small, 9,140, 2013)和 V2O5 / TiO2 (Y.Wang, Y.R.Su, L.Qiao, L.X.Liu,Q.Su, C.Q.Zhu and X.Q.Liu, Synthesis of one-dimensional TiO2 / V205branchedheterostructures and their visible light photocatalytic activity towardsRhodamine B, Nanotechnology, 22, 225702, 2011)等，其中以 V2O5 表现最为优异。但 V2O5 这种较窄带隙半导体的引入只使得TiO2基纳米材料的可见光吸收有了一定程度的增强，仍然有占太阳光50%的近红外光未被利用，妨碍了 TiO2基纳米材料太阳光催化效率的进一步提闻。根据报道，Ag2O的带隙宽度为 1.3eV(G.B.Hoflund, Z.F.Hazos, Surfacecharacterization study of Ag, AgO, and Ag2O using χ-ray photoelectronspectroscopy and electron energy-loss spectroscopy.Physical Review B,62,11126,2000)，其吸收峰在近红外光区，且与TiO2能带匹配良好，是一种优异的提高TiO2近红外光响应的材料。遗憾的是，目前为止，还没有研究者将TiO2与Ag2O和V2O5同时耦合，制备出既能响应紫外-可见光又能响应近红外光的复合光催化剂，并研究其太阳光催化效率。
技术实现思路
本专利技术主要在于克服TiO2纳米材料太阳光吸收弱、光生电子空穴对容易复合导致其光催化效率较低等缺点，提出用较窄带隙半导体V2O5和窄带隙半导体Ag2O同时与TiO2耦合的方法，制备出具有较高太阳光吸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳光响应型纳米异质结构光催化剂，其特征是该太阳光响应型纳米异质结构光催化剂是Ag2O／TiO2／V2O5纳米异质结构材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王媛，刘利新，黄元杰，操秀霞，李绪海，徐亮，孟川民，祝文军，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院流体物理研究所，
类型：发明
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