[发明专利]一种纳米Ag3PO4修饰TiO2异质结光催化膜层材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种纳米Ag₃PO₄修饰TiO₂异质结光催化膜层材料及其制备方法，属于纳米材料制备技术领域；采用X射线衍射仪、X射线光电子能谱、紫外光谱仪及扫描电子显微镜等测试手段对所制备的材料进行表征；该方法过程包括：首先在含银离子和磷酸根离子的电解液中，利用微弧氧化技术，在钛片基体上制备含Ag、P的TiO₂膜层；然后通过马弗炉煅烧，使膜层中的Ag、P前驱体烧结形成Ag₃PO₄纳米颗粒，最终形成纳米Ag₃PO₄/TiO₂异质结光催化膜层；该方法制备过程简单易控、操作方便、成本低、膜层的光催化活性高，并可以通过煅烧使其光催化活性再生。

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，特别涉及一种纳米Ag₃PO₄修饰TiO₂异质结光催化膜层材料及其制备方法。

背景技术

自1972年日本科学家A.Fujishima和K.Honda发现TiO₂具有光催化效果后，就引起了无数科学家的兴趣，已成为研究最深的一种光催化剂。TiO₂作为光催化剂降解有机污染物有诸多优点，例如催化活性强、稳定性高、无毒性、环境安全性高。另外，TiO₂制备原料广，价格低廉，而且方法简便易行，便于工业化。目前TiO₂已被广泛用于废水处理和环境保护等领域。然而，由于本身的原因，TiO₂仍有许多缺点，例如其本身禁带宽度大(～3.2ev)，只对紫外光有吸收(对太阳光的整体利用率仅有4％)，而且TiO₂在光催化过程中产生的电子-空穴对的复合效率很高，严重降低了其光催化效率。近年来的研究发现，将TiO₂与禁带宽度较窄的半导体材料复合，构成一种半导体异质结结构，可以有效解决上述问题。这种异质结结构可以拓宽TiO₂对太阳光光谱的吸收宽度，同时有效提高光生电子-空穴分离效率，抑制其复合，从而改善TiO₂光催化降解有机污染物的性能。

Ag₃PO₄是一种典型的窄禁带半导体，禁带宽度仅有大约2.45eV，因此可以吸收可见光，而且对太阳光的利用率比较大，在可见光照射下，表现出很高的光催化氧化能力。其在波长大于420nm的光源中，Ag₃PO₄的量子效率可达到90％以上。因此，如果将TiO₂和Ag₃PO₄复合在一起形成一种异质结结构，不仅可以利用异质结效应提高光生电荷的分离效率，抑制光生电子-空穴复合，而且可以优化太阳光的利用率，最终使光催化效率得到显著提高。另外，考虑到实际应用中粉末状催化剂的诸多不便，为便于催化降解后催化剂的快速分离和回收，将催化剂制备成涂层材料具有巨大优势。因此研制具有优良催化性能的Ag₃PO₄/TiO₂异质结膜层材料，以及开发相关膜层材料方便快捷和低成本的制备技术，已成为目前光催化剂降解有机污染物领域的一个热点和难点。

近几年兴起的微弧氧化技术为解决这一难题提供了一条新的思路。微弧氧化技术又叫等离子体电解氧化，是从阳极氧化技术发展起来的一种新型液相等离子体成膜技术。微弧氧化技术制备涂层成本低、操作简单而且可以一次性制备大面积涂层。微弧氧化涂层用于光催化具有天然优势，其粗糙多孔的表面结构可以大大提高比表面积，并提供更多的反应活性点位，而且微弧氧化涂层的制备过程中可以方便的实现离子掺杂和粉末颗粒复合，因此也为制备具有复杂结构的高性能催化剂如本专利中涉及的具有异质结结构的复合光催化涂层提供了可能。

发明内容