專利名稱：鹵化銀/磷酸銀異質(zhì)結(jié)膜可見光催化材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域為光催化材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鹵化銀/磷酸銀異質(zhì)結(jié)膜可見光催化材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
半導體光催化材料可以作為利用太陽能降解空氣中或者水中的污染物的觸媒。尤其在環(huán)境治理方面，光催化降解技術(shù)正在逐漸成為傳統(tǒng)污染治理技術(shù)的補充和完善。它的最大的優(yōu)勢在于降解反應一般在常溫常壓下進行，能徹底分解水體和空氣中的有機污染 物，使其礦化為CO2和h2o。半導體光催化材料具有氧化分解有機污染物，還原重金屬離子，除臭、防腐、殺菌等多方面功能己被廣泛應用于污水處理、空氣凈化等領(lǐng)域。納米異質(zhì)結(jié)是指由兩種不同的半導體材料組成，利用內(nèi)建電場使得載流子傳輸具有定向性，一方面能夠利用內(nèi)建電場抑制光致載流子復合，另一方面能夠利用窄帶半導體的可見光響應能力彌補寬帶半導體的不足。最近幾年，納米異質(zhì)結(jié)在光催化污染控制領(lǐng)域得到廣泛地應用。Ag3PO4是一種新型的、高效的光催化材料。在含有Ag3PO4犧牲試劑的水溶液中，420nm以上的波長照射時，其量子效率能達到92%，遠遠高于此前所報道的其它金屬氧化物的20%。構(gòu)筑新型磷酸銀異質(zhì)結(jié)光催化材料能進一步提高磷酸銀的光催化活性與穩(wěn)定性。大部分異質(zhì)結(jié)光催化劑是粉末構(gòu)型，在使用的過程中回收困難。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鹵化銀/磷酸銀異質(zhì)結(jié)膜可見光催化材料以及制備該材料的方法——一步陽極氧化法，進一步提高Ag3PO4光催化效率的同時將異質(zhì)結(jié)Ag3PO4固定在基底上形成異質(zhì)結(jié)膜，以解決粉末光催化劑回收問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是
鹵化銀/磷酸銀異質(zhì)結(jié)膜可見光催化材料的化學式為AgX/Ag3P04, AgX和Ag3PO4的摩爾比為30 99%: I 70%，兩組分之和為100%，其中X為Cl、Br和I中的一種。鹵化銀/磷酸銀異質(zhì)結(jié)膜可見光催化材料的制備方法為
(1)將磷酸鹽、鹵化鹽和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)—起溶解在水中配制成電解液，所制得磷酸鹽溶液濃度為O. 00Γ1 mol/L,鹵化鹽溶液濃度為O. ΟΟΟΓΟ. 05 mol/L，聚乙烯吡咯烷酮溶液濃度為0. 00Γ0. I mol/L ；
(2)Ag膜為研究電極，鉬電極為輔助電極，鹽橋為飽和硫酸鉀溶液的汞-硫酸亞汞電極為參比電極，在步驟(I)配制的電解液中(TlV電位下陽極氧化2(Γ50分鐘后，取出研究電極用蒸餾水沖洗干凈，黑暗中自然晾干后得到鹵化銀/磷酸銀異質(zhì)結(jié)膜可見光催化材料；
所述磷酸鹽為 Na3P04、Na2HPO4, NaH2PO4, K3PO4, K2HPO4 和 KH2PO4 中的一種；
所述鹵化鹽為氯化鹽、溴化鹽和碘化鹽中的一種；其中，氯化鹽是NaCl、KCl, MgCl2,NH4CULiCl 和 CH3 (CH2)15N(Cl) (CH3)3 中的一種；溴化鹽是 NaBr、KBr、MgBr2、NH4Br、LiBr 和CH3(CH2)15N(Br) (CH3)3 中的一種；碘化鹽是 NaI、KI、MgI2、NH4I 和 LiI 中的一種；
所述Ag膜為純度高于99%的銀箔或者導電基體通過沉積法制得的銀膜，其中導電基體為導電玻璃ITO、Si片、Ag片、Cu片、Fe片、Au片、Al片、Ni片、Sn片、Zn片和C片中的一種，沉積法為表面電沉積、化學沉積和物理沉積中的一種；
所述化學試劑純度均為化學純以上純度。本發(fā)明采用電化學一步陽極氧化法合成AgX/Ag3P04 (X=Cl、Br或I)異質(zhì)結(jié)膜,可以進一步提高磷酸銀的光催化活性，同時解決粉末光催化劑回收難的問題。此方法簡單、易操作，并能通過控制電位有效調(diào)節(jié)異質(zhì)結(jié)中AgX和Ag3PO4的質(zhì)量比。
圖I為本發(fā)明實施例I中不同電位下陽極氧化生成AgCVAg3PO4膜的XRD衍射圖
·-i'TfeP曰。圖2為本發(fā)明實施例I制備的AgCVAg3PO4異質(zhì)結(jié)膜的SEM形貌圖。圖3為本發(fā)明實施例4制備的AgBr /Ag3PO4異質(zhì)結(jié)膜的SEM形貌圖。圖4為本發(fā)明實施例I制備的八8(1/^& 04異質(zhì)結(jié)膜、實施例4制備的AgBr /Ag3PO4異質(zhì)結(jié)膜與目前常用的純Ag3PO4膜的光催化性能對比圖。
具體實施例方式以下實施例中所用化學試劑純度均為化學純以上純度。實施例I :
(1)ITO表面電沉積Ag制備ITO/Ag膜ITO為研究電極，鉬電極為輔助電極，汞-硫酸亞汞電極(Hg2S04/Hg，鹽橋為飽和硫酸鉀溶液)為參比電極，電解液為20 mL含有O. I mo IΓ1 AgNO3和O. I mo I Γ1 KNO3的水溶液，加入4mL氨水后混合均勻，在-I V條件下恒電位沉積，沉積電量為I庫倫，即制得ITO/Ag膜；
(2)將Na2HP04、NaCl和PVP—起溶解在水中配制成電解液，所制得電解液中Na2HPO4溶液濃度為O. 2 mol/L, NaCl溶液濃度為0. 005 mol/L, PVP溶液濃度為0. 05 mol/L ；
(3)ITO/Ag膜陽極氧化為AgCVAg3PO4膜步驟(I)制備的ITO/Ag膜為研究電極，鉬電極為輔助電極，汞-硫酸亞汞電極為參比電極，在步驟(2)配制的電解液中0. 3V電位下陽極氧化30分鐘后，取出研究電極用蒸餾水沖洗干凈，黑暗中自然晾干后即制得附在ITO上的AgCVAg3PO4異質(zhì)結(jié)膜可見光催化材料。實施例2:
(1)Cu片表面電沉積Ag制備Cu/Ag膜Cu片為研究電極，鉬電極為輔助電極，汞-硫酸亞汞電極(Hg2S04/Hg，鹽橋為飽和硫酸鉀溶液)為參比電極，電解液為20 mL含有0.1 mol/L AgNO3和0.1 mol/L KNO3的水溶液，加入4mL氨水后混合均勻，在-I V條件下恒電位沉積，沉積電量為I庫倫，即制得Cu/Ag膜；
(2)將Na2HP04、NaCl和PVP—起溶解在水中配制成電解液，所制得電解液中Na2HPO4溶液濃度為0. 5 mol/L, NaCl溶液濃度為0. 005 mol/L, PVP溶液濃度為0. 05 mol/L ；
(3)Cu/Ag膜陽極氧化為AgCVAg3PO4膜步驟⑴制備的Cu /Ag膜為研究電極，鉬電極為輔助電極，汞-硫酸亞汞電極為參比電極，在步驟(2)配制的電解液中O. 2V電位下陽極氧化30分鐘后，取出研究電極用蒸餾水沖洗干凈，黑暗中自然晾干后即制得附在Cu片上的AgCVAg3PO4異質(zhì)結(jié)膜可見光催化材料。實施例3:
(1)Si片表面電沉積Ag制備Si/Ag膜半導體Si片為研究電極，鉬電極為輔助電極，汞-硫酸亞汞電極(Hg2S04/Hg，鹽橋為飽和硫酸鉀溶液)為參比電極，電解液為20 mL含有
O.I mol/L AgNO3和O. I mol/L KNO3的水溶液,加入4mL氨水后混合均勻,在-I V條件下恒電位沉積60秒，即制得Si/Ag膜；
(2)將Na2HP04、NaBr和PVP—起溶解在水中配制成電解液，所制得電解液中Na2HPO4溶液濃度為mol/L, NaBr溶液濃度為O. 02 mol/L, PVP溶液濃度為O. 005 mol/L ；
(3)Si/Ag膜陽極氧化為AgBiVAg3PO4膜步驟⑴制備的Si /Ag膜為研究電極，鉬電極為輔助電極，汞-硫酸亞汞電極為參比電極，在步驟(2)配制的電解液中0. 5V電位下陽極氧化30分鐘后，取出研究電極用蒸餾水沖洗干凈，黑暗中自然晾干后即制得附在半導體Si片上的AgBr/Ag3P04異質(zhì)結(jié)膜可見光催化材料。實施例4:
(1)ITO表面電沉積Ag制備ITO/Ag膜ITO為研究電極，鉬電極為輔助電極，汞-硫酸亞汞電極(Hg2S04/Hg，鹽橋為飽和硫酸鉀溶液)為參比電極，電解液為20 mL含有0.1 mol/L AgNO3和0.1 mol/L KNO3的水溶液，加入4mL氨水后混合均勻，在-I V條件下恒電位沉積60秒，即制得ITO/Ag膜；
(2)將Na2HP04、NaBr和PVP—起溶解在水中配制成電解液，所制得電解液中Na2HPO4溶液濃度為mol/L，NaBr溶液濃度為0. 002 mol/L, PVP溶液濃度為0. 005 mol/L ；
(3)ITO/Ag膜陽極氧化為AgBrAg3PO4膜步驟(I)制備的ITO/Ag膜為研究電極，鉬電極為輔助電極，汞-硫酸亞汞電極為參比電極，在步驟(2)配制的電解液中0. 5V電位下陽極氧化30分鐘后，取出研究電極用蒸餾水沖洗干凈，黑暗中自然晾干后即制得附在ITO上的AgBr/Ag3P04異質(zhì)結(jié)膜可見光催化材料。實施例5:
(1)將Na2HP04、NaBr和PVP—起溶解在水中配制成電解液，所制得電解液中Na2HPO4溶液濃度為0. 2 mol/L, NaI溶液濃度為0. 003 mol/L, PVP溶液濃度為0. 01 mol/L ；
(2)Ag箔直接陽極氧化為AgI/Ag3P04膜純度99.9%的Ag箔為研究電極，鉬電極為輔助電極，汞-硫酸亞汞電極為參比電極，在步驟⑴配制的電解液中0. 3V電位下陽極氧化30分鐘后，取出研究電極用蒸餾水沖洗干凈，黑暗中自然晾干后即制得附在Ag箔上的AgI/Ag3PO4異質(zhì)結(jié)膜可見光催化材料。上述各實施例所制備的AgCVAg3PO4膜、AgBrAg3PO4膜、AgI/Ag3P04膜復合光催化劑可用于光催化降解甲基橙，從圖3可以看出AgCVAg3PO4膜和AgBrAg3PO4膜的光催化效果高于純Ag3PO4膜。
權(quán)利要求
1.一種鹵化銀/磷酸銀異質(zhì)結(jié)膜可見光催化材料，其特征在于鹵化銀/磷酸銀異質(zhì)結(jié)膜可見光催化材料的化學式為AgX/Ag3P04，AgX和Ag3PO4的摩爾比為3(T99%: f 70%，兩組分之和為100%，其中X為Cl、Br和I中的一種。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述鹵化銀/磷酸銀異質(zhì)結(jié)膜可見光催化材料的制備方法，其特征在于具體步驟為 (1)將磷酸鹽、鹵化鹽和聚乙烯吡咯烷酮一起溶解在水中配制成電解液，所制得磷酸鹽溶液濃度為0. OOfl mol/ L，鹵化鹽溶液濃度為0. 0001、. 05 mo I /L，聚乙烯吡咯烷酮溶液濃度為 0. OOfO. I mol /L ； (2)Ag膜為研究電極，鉬電極為輔助電極，鹽橋為飽和硫酸鉀溶液的汞-硫酸亞汞電極為參比電極，在步驟(I)配制的電解液中(TlV電位下陽極氧化2(T50分鐘后，取出研究電極用蒸餾水沖洗干凈，黑暗中自然晾干后得到鹵化銀/磷酸銀異質(zhì)結(jié)膜可見光催化材 料；所述磷酸鹽為 Na3P04、Na2HPO4, NaH2PO4, K3PO4, K2HPO4 和 KH2PO4 中的一種； 所述鹵化鹽為氯化鹽、溴化鹽和碘化鹽中的一種；其中，氯化鹽是NaCl、KCl, MgCl2,NH4CULiCl 和 CH3 (CH2)15N(Cl) (CH3)3 中的一種；溴化鹽是 NaBr、KBr、MgBr2、NH4Br、LiBr 和CH3(CH2)15N(Br) (CH3)3 中的一種；碘化鹽是 NaI、KI、MgI2、NH4I 和 LiI 中的一種； 所述Ag膜為純度高于99%的銀箔或者導電基體通過沉積法制得的銀膜，其中導電基體為導電玻璃IT0、Si片、Ag片、Cu片、Fe片、Au片、Al片、Ni片、Sn片、Zn片和C片中的一種，沉積法為表面電沉積、化學沉積和物理沉積中的一種；所述化學試劑純度均為化學純以上純度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鹵化銀/磷酸銀異質(zhì)結(jié)膜可見光催化材料及其制備方法。鹵化銀/磷酸銀異質(zhì)結(jié)膜可見光催化材料的化學式為AgX/Ag3PO4，X為Cl、Br或I。將磷酸鹽、鹵化鹽和聚乙烯吡咯烷酮溶解在水中配制成電解液，Ag膜為研究電極，鉑電極為輔助電極，汞-硫酸亞汞電極為參比電極，在0~1V電位下陽極氧化20~50分鐘后，所得材料用蒸餾水沖洗干凈，黑暗中自然晾干后得到鹵化銀/磷酸銀異質(zhì)結(jié)膜可見光催化材料；所述Ag膜為純度高于99%的銀箔或者導電基體通過沉積法制得的銀膜，所述化學試劑純度均為化學純以上純度。本發(fā)明制備的異質(zhì)結(jié)膜，可進一步提高磷酸銀的光催化活性，同時解決粉末光催化劑回收難的問題。
文檔編號B01J27/18GK102698780SQ20121019824
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月15日
發(fā)明者馮佰軍, 劉勇平, 呂慧丹, 張艷飛, 徐旭, 方亮, 蘆璐 申請人:桂林理工大學