[发明专利]一种Ag/AgCl空心纳米结构光催化材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料和光催化技术领域,具体涉及一种Ag/AgCl空心纳米结构光催化材料的制备方法。

背景技术

环境和能源是直接影响人类生存和发展的重大问题，我国在这方面所面临的挑战尤为严峻。光催化技术可以直接利用太阳能降解和矿化环境中的各种有机和无机污染物，可将低密度的太阳能转化成高密度可储存的氢能，被认为是解决环境和能源问题最有希望的途径之一，具有广阔的发展前景。光催化技术的核心是光催化材料，传统的光催化材料一般采用具有较大带隙的金属氧化物或硫化物半导体化合物，这类材料有着难以克服的不足之处: （l）光响应范围窄。以二氧化钛为代表的传统光催化材料(带隙能大于3.0 eV)只有在紫外光照射下才具有光催化活性。而太阳光的主要能量在可见光区（占太阳光能量的46%），紫外光区的能量仅占4%。要打破制约光催化材料应用的瓶颈，必须拓宽光催化材料的光响应范围，提高光催化材料对可见光的利用率。（2）量子产率低。光催化的基本原理在于半导体在光激发下产生电子-空穴对，光生电子-空穴由于具有高的还原和氧化能力而能降解污染物或水分子。但由于材料本身的限制，产生的电子-空穴对数量较少，或电子-空穴对产生后迅速复合，导致光催化材料整体的量子转化效率低。因此，探索具有可见光响应的新型半导体材料体系、拓宽光催化剂的光响应范围、促进光生电子与空穴的分离一直是光催化领域的研究焦点。

众所周知，光催化材料的性能与其尺寸、形貌及微结构密切相关。调节催化剂的形貌结构是提高其光催化效率的有效方法。在这方面，空心纳米结构材料由于具有较大的比表面积和更多的活性位点，对于催化性能的提高具有独特的优势。因此，可控构筑空心纳米结构已成为当前纳米材料和催化领域的研究热点。

卤化银AgX（X = Cl、Br、I）是一类新型的光催化材料。2008年黄柏标等提出了新型等离子体光催化材料的概念，开辟了一条通过金属表面等离子体效应对半导体光催化材料进行表面修饰，进而提高光催化材料性能的新途径。当AgX表面负载一定量金属Ag之后，由于Ag 的表面等离子体共振效应，Ag/AgX 催化剂在可见光下即具有优异的催化性能，催化活性远远高于氮掺杂的 TiO₂，而且金属 Ag 的负载使原先对光敏感的 AgX 变得相当稳定。将AgX制成空心纳米颗粒，可增大其比表面积，且晶粒表面活性大大提高，有利于其对有机污染物的吸附，同时有效提高其光催化活性。目前，Ag/AgCl空心结构的制备方法鲜有报道，仅有的一例是用氯化钠为模板制备Ag/AgCl空心微晶，而用简单的一锅法制备Ag/AgCl空心纳米结构迄今尚未见报道。

    本发明针对目前Ag/AgCl光催化材料的制备方法存在工艺复杂、制备周期长、获得的Ag/AgCl形貌和粒径规则性差等缺陷，提出一种快速、简便的Ag/AgCl空心纳米结构光催化材料的制备方法。该方法制备的光催化材料可以实现有机污染物的高效降解。

发明内容

本发明采用一锅法合成了空心Ag/AgCl纳米结构；并首次采用四氯化碳作为氯源；本发明所述的Ag/AgCl光催化材料由空心方块状氯化银和其表面原位形成的银纳米粒子构成。所述催化剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）将硝酸银和保护剂聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶解于无水乙醇中，形成溶液A；将氢氧化钠溶解于无水乙醇中，形成溶液B；将溶液B快速加入到溶液A中，剧烈搅拌1 h，形成溶液C；

（2）将步骤（1）得到的溶液C，与四氯化碳混合，混合液转移至不锈钢反应釜的聚四氟乙烯内胆中，液体体积约占内胆容积的4/5。内胆置于不锈钢外套中，密封后反应，反应釜中反应结束后，自然冷却至室温；

（3）将步骤（2）得到的沉淀物离心分离，然后分别用无水乙醇和蒸馏水洗涤，真空干燥，得到白色的AgCl空心立方块；

（4）将氯化银空心立方块分散在水中，用500 W钨灯作为光源，进行光还原反应，直至体系由白色变为蓝色，得到银/氯化银空心纳米结构光催化材料。

步骤（1）中，所述溶液A中硝酸银浓度为0.6-0.8 g/L；PVP浓度为2.5-7.5 g/L；所述溶液B中氢氧化钠浓度为0.3-0.6 g/L。

 步骤（1）中，所述溶液C中硝酸银与氢氧化钠的摩尔比为0.7-1.0。

步骤（2）中，所述溶液C与四氯化碳的体积比为0.5-2。

步骤（2）中，所述反应釜中的反应温度为90-100 ℃，反应时间为3-5 h。