[发明专利]具有表面等离子体效应的可见光催化剂制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于环境治理中的光催化技术，具体说是一种具有表面等离子体效应且能高效降解有机污染物的可见光光催化剂的制备方法及其应用。 

 

背景技术

目前空气净化及废水处理的方法主要有：物理吸附法，化学中和法等，但是以上方法存在吸附饱和、制造复杂、成本高和不可回收重复使用等缺点。随着光催化技术的发展，光催化剂在空气净化以及废水处理等环境治理方面得到了日益广泛的应用。传统的TiO₂等宽带隙的光催化剂以其光催化活性高、氧化能力强、化学稳定性好、无毒、成本低而备受人们的青睐，是目前应用最广的光催化剂，但是由于其能带结构特点决定了它仅能利用太阳光中的紫外光部分或者人造紫外光，在光催化技术的推广过程中存在着局限性。针对这一技术难题国内外学者在利用可见光激发光催化剂方面做了大量工作。人们对TiO₂进行金属、非金属修饰；利用染料和窄带隙的金属氧化物、硫化物对宽带隙光催化剂进行敏化；制备窄带隙的多金属复合氧化物；开发半导体形成的固溶体或异质结的光催化剂；发展非金属半导体的可见光光催化剂。虽然这些研究工作大大推动了可见光响应的光催化剂发展，但是用于污染物的降解的可见光响应光催化剂的效率和稳定性仍然不理想，同时存在着光催化剂制备步骤繁琐、原料成本高等问题，影响了它们的工业化应用。目前，人们开发一条通过金属表面等离子体效应拓展光催化材料可见光光吸收，进而提高光催化材料性能的新途径。

目前贵金属在有机合成和CO的氧化方面得到了广泛的应用，如戴维林等在中国专利公告CN101157677A公开的一种用负载型纳米金催化剂制备δ-戊内酯的方法中报道了利用沉淀-沉积法将金沉淀于TiO₂上，经一定温度煅烧制备纳米尺寸的Au/TiO2催化剂；卢冠忠等在中国专利公告CN 101380575A公开的一种用于CO常温氧化的高稳定性的纳米金催化剂及制备方法中采用相类似的方法制备了Au-Rh（或Pt）/Re-TiO₂催化剂。在环境光催化领域中崔鹏等在中国专利公告CN 101362087A公开的一种贵金属修饰二氧化钛光催化剂的制备方法中报道了负载贵金属的办法。上述专利涉及的添加Au的目的在于促进二氧化钛的光生电子和光生空穴的分离，从而提高二氧化钛的紫外光催化活性。为了解决可见光光催化剂的效率低的问题，Huang等人（Angew. Chem. Int. Ed., 2008, 47, 7931-7933）利用贵金属的等离子体效应制备出系列高效新型的Ag/AgCl (Br, I) 可见光光催化剂，但其仍存在光稳定性不足的问题。因此Awazu（J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, 1676-1680）和一些课题组利用光还原和硼氢化钠还原法将纳米尺寸的贵金属颗粒负载在稳定的载体上面。但上述方法还存在诸多不足之处，例如：制备出的金颗粒在还原过程中易造成金颗粒的大量团聚，往往导致Au粒子平均粒径大于20nm、颗粒尺寸控制不易，而且存在金颗粒在催化剂表面分散不均匀、活性组分的利用率低等问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种具有表面等离子体效应的可见光光催化剂的制备方法及其应用，通过溶胶-沉积制备法将金离子还原成原子沉积在载体的表面，解决现有技术中TiO₂等光催化剂禁带宽度大、不吸收可见光等问题，将具有表面等离子体效应的可见光催化剂应用于光催化领域，该制备方法简单易行、不需要复杂昂贵的设备、合成条件温和，并且可以方便改变载体、调节不同金含量和控制金纳米颗粒尺寸。

本发明的光催化剂是一种基于纳米金属表面等离子体效应和半导体光催化效应相结合的新型可见光光催化剂，即将金纳米颗粒有效地沉积在载体表面上。

本发明是通过如下技术方案实施的：

本发明采用溶胶-沉积制备方法将贵金属金纳米颗粒负载到不同载体上，合成具有表面等离子体效应的高效可见光催化剂；其中金的质量百分含量为0.2～5%，载体包括TiO₂、CeO₂、Nb₂O₅、SiO₂、Ta₂O₅、Al₂O₃、ZrO₂中的一种。