[发明专利]一种光热协同增强全光谱响应异质结构光催化剂及其制备

说明书

本发明涉及半导体光催化剂制备技术领域，具体公开了一种光热协同增强全光谱响应异质结构光催化剂及其制备。该催化剂的化学组成式为K_0.2M_xWO₃，其中M＝Li或Na，0.3≤x≤0.4，并含有钾钨青铜K_0.2WO₃相、碱金属钨酸盐Li₂W₂O₇相或Na₂W₂O₇相构成的异质结构。其制备方法包括：S1计算与称量；S2制备三氧化钨前驱体；S3制备钾钨青铜K_0.2WO₃；S4制备异质结构光催化剂K_0.2M_xWO₃等步骤。该催化剂能大幅度提高光催化剂催化效率，在处理有机染料水污染方面具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于半导体光催化剂制备技术领域，涉及一种异质结构光催化剂的制备方法，尤其是具体涉及一种光热协同增强全光谱响应异质结构光催化剂及其制备。

背景技术

面对日益严重的水污染问题，利用绿色清洁的可再生的太阳能为驱动力的光降解技术是一种有效的应对办法。目前，大部分光催化剂 (TiO₂、ZnO、CdS、g-C₃N₄等)只对紫外光或者可见光有响应，无法充分利用太阳能，特别是占太阳能能量比重超过50％的近红外光，因此，近年来，全谱响应光催化剂引起人们的广泛研究兴趣，例如，果崇申课题组合成铯钨青铜Cs_xWO₃并研究了其全谱光催化降解有机染料MB的效率[Applied Catalysis B:Environmental 183(2016) 142-148]；Yang LF课题组报道了铵钨青铜(NH₄)_xWO₃与P25复合组成的光催化剂具有全谱光催化降解有机染料RhB性能[Scientific Reports 7(2017)45715]。然而，无论是纯的钨青铜还是与P25复合的钨青铜在近红外区域的光催化效果不够理想，如铯钨青铜Cs_xWO₃在近红外光照射下光降解有机染料MB的去除率只有37％，光催化剂P25/(NH₄)_xWO₃在近红外光照射下12小时只降解了60％的RhB。所以，寻找全光谱响应的高效光催化剂，探索新的方法并改善其全谱光催化效率成为当前研究的热点。

在研究全谱光催化中的近红外区域时，近红外光具有很强的热效应，同时光催化剂和有机废水在全谱光催化剂的实际应用中吸收太阳光时会不可避免地产生热能，改变反应温度，影响光催化进程，通过阿累尼乌斯公式k_ap＝k_ap0 exp[-(E_a/RT)]得到温度越高表观速率越大。因此，研究温度对光催化的影响是必要的，这有利于光催化在降解有机废水上的实际应用。目前，已经有研究人员进行光热催化的探索。比如，Behnajady M A[Journal ofHazardous Materials 133(2006) 226-232]使用ZnO进行光催化降解C.I.酸黄23(AY23)时，讨论了温度对催化的影响；Noureddine Barka等人[Journal of Photochemistry andPhotobiology A:Chemistry 195(2008)346–351]研究了使用无纺布包覆TiO₂作为光催化剂降解罗丹明B(RhB)，探究温度从25℃到40℃对光催化的影响，结果表明光降解在较高温度下有较高的降解速率。目前普遍认为的机理是——温度对光催化反应的影响主要通过两方面：一是温度的变化会影响光催化剂对有机染料的吸附，二是温度的升高有助于提高反应的光生电子-空穴的有效复合，从而提高了去除有机染料的速率，达到更高的光催化效率。因此温度应会较好地提高光催化活性。