[发明专利]太阳光响应型纳米异质结构光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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 photocatalysis with 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，Xiaobo Chen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高TiO₂基纳米材料的近红外吸收率，进而提高其光催化效率。