[发明专利]一种棒状钒酸银光催化材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型特殊形貌的光催化材料及其制备方法，属于光催化技术领域。

背景技术

进入21世纪，全球范围的环境污染和能源危机变得更加突出，已严重威胁到人类的生存和发展，更成为制约世界各国可持续发展的瓶颈。如何降解日益严重的环境污染和能源污染，已成各国政府普遍关注和亟待解决的头等大事。

自从1969年二氧化钛显示出光电化学与太阳能间的转化能力之后，这一半导体材料立即引起学术界的广泛关注。纳米二氧化钛可以利用太阳光将环境中绝大多数有机污染物彻底降解为无毒、无害的水和二氧化碳，不产生二次污染，且廉价易得，在太阳能光解水，污水处理等方面有着重要的应用前景。

然而要使二氧化钛真正走向工业化必须解决一下两个技术难题：(1)二氧化钛的禁带宽度约3.2eV，只能在紫外光激发下产生电子-空穴对，而紫外光只占太阳光的3～5％左右，这就造成了二氧化钛对太阳光的利用效率极低；(2)由于二氧化钛光生电子和空穴存在严重复合而使有效参与光化学反应的载流子数量降低，从而导致光催化材料整体的量子转化效率低(≤4％)。因此，制备可见光响应的光催化剂已成为该领域重要的研究方向。大量研究表明通过掺杂可有效提高二氧化钛的光催化活性，拓宽其光响应范围。

为了提高二氧化钛对太阳光的利用效率，一方面研究者应用金属掺杂、非金属掺杂、染料敏化等改性措施来拓展二氧化钛对可见光的响应范围；另一方面，也有一些研究工作围绕非二氧化钛的窄带隙光催化材料展开；同时，人们也在寻求新的在可见光下具有光催化活性的催化剂。如：Ag₃VO₄、BiVO₄、AgAlO₂、Ag₃VO₄等。

叶金花课题组报导了Ag₃PO₄半导体在光催化中的应用。她们制备了不同形貌具有高活性面的Ag₃PO₄，如十二面体的菱形AgX/Ag₃PO₄、树突状的Ag₃PO₄纳米线、项链形、立方体形的等。这些具有特殊形貌，高活性面的银盐光催化剂被证明比普通无特殊形貌的光催化剂具有更高的光催化活性。然而对于钒酸银，其特殊形貌的研究还很少，因此对特殊形貌钒酸银光催化剂的研究，有重大意义。

发明内容

本发明采用硝酸银和钒酸钠为反应剂，以氨水为调节剂。得到了一种新型棒状钒酸银，成功制备了具有特殊形貌的钒酸银。本发明所制备的特殊形貌钒酸银工艺简单、条件温和、可多次大量重复制备的途径。

本发明所述的特殊形貌钒酸银光催化材料为棒状钒酸银光催化剂。所述催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)采用双注沉淀法制备棒状钒酸银微晶。在高分子保护剂存在下，用蠕动泵将银氨溶液(硝酸银和氨水的混合溶液)和钒酸钠溶液同时注入含有明胶和钒酸钠水溶液的反应锅中，并精确控制反应温度、银氨摩尔比以及[VO₄^3-]溶液和钒酸钠溶液注入结束后，再进行一定时间的物理成熟。通过以上方法，可得到均一的棒状钒酸银微晶。

(2)采用温热水对钒酸银微晶洗涤3～8次，除去高分子保护剂、过量的钒酸钠和其它杂质。

(3)将棒状钒酸银微晶分散于明胶中保存。

步骤(1)中，所述的高分子保护剂可选明胶、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇，优选为明胶。反应过程硝酸银与氨水的摩尔比为1∶2～1∶16，优选为1∶8；反应锅内[VO₄^3-]为0.01mol/L～0.05mol/L，优选为0.03mol/L；反应温度为40～90℃，优选为80℃；物理成熟时间为0.2～1小时，优选为0.5小时。

步骤(2)中，需使用温热水洗涤钒酸银微晶，水温一般为30～70℃，优选为45℃。以扫描电镜观测高分子保护剂残留作为洗涤控制的终点，水洗洗涤次数一般为3～8次。

本发明采用双注沉淀法，在温和的条件下，快速大量制备棒状钒酸银光催化材料。本发明具有工艺简单、制备周期短、反应温度低、可重复性好等优点。

紫外光催化降解罗丹明B(RhB)反应：