一种基于等离子体共振效应的光催化材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于等离子体共振效应的光催化材料，该材料的结构式为CuxAg(1-x)/(CuyAg(1-y))2O/AgBr/TiO2，其中0<x，y≤1。该材料在水热法制备TiO2纳米线的基础上，通过热化学法修饰CuxAg(1-x)、(CuyAg(1-y))2O纳米粒子，并采用液相沉淀法合成团状的AgBr等离子体光催化剂，得到比表面积大的CuxAg(1-x)/(CuyAg(1-y))2O/AgBr/TiO2新型光催化材料。该新型光催化材料具有良好的光催化性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于等离子体共振效应的光催化材料及其制备方法
本专利技术属于新型光催化材料制备
，尤其涉及一种基于等离子体共振效应的光催化材料及其制备方法。
技术介绍
随着工业的发展，人类本已有限的水资源受到日益严重的污染，清除水体中的有毒有害化学物质，如卤代烃、农药、表面活性剂等成为环保领域的一项重要工作。根据污染物在处理过程中的变化特征，可将废水处理分为3种类型，即分离处理、转化处理和稀释处理。分离处理只是将污染物从一种相转移到另一相，不能使污染物得到彻底分解或无害化，有的方法还存在着二次污染的问题。稀释处理只是通过稀释废水来减轻水体的污染,既未把污染物分离，也不会改变污染物的化学性质。转化处理则是通过化学的或生化的作用改变污染物的化学本性，使其转化为无害的或可分离的物质。随着环保技术的发展和对水体质量要求的提高，转化处理日益受到重视。但目前的转化处理方法大多是针对排放量大、浓度较高的污染物,对于水体中浓度较低、难以转化的优先污染物的净化还无能为力。而近20年来逐渐发展起来的光催化降解技术却为这一问题的解决提供了良好的途径。Matthews等人曾对水中34种有机污染物的光催化分解进行了系统的研究，结果表明光催化氧化法可将水中的烃类、卤代物、羟酸、表面活性剂、染料、含氮有机物、有机磷杀虫剂等较快地完全氧化为CO2和H2O等无害物质。光催化降解技术具有常温常压下就可进行，能彻底破坏有机物，没有二次污染且费用不太高等优点。但由于TiO2的能带带隙较宽（3.2eV），只能吸收波长较短的紫外光，致使它对太阳光的利用率很低，且光激发TiO2等半导体材料产生的电子易与空穴复合，导致光量子效率降低，因此影响了TiO2等半导体材料的催化性能。提高TiO2等半导体材料在可见光区的光活性，抑制电子与空穴的复合是提高催化剂效率的关键步骤。近年来，人们试图通过金属掺杂、非金属掺杂、金属和非金属共掺杂、半导体复合和染料光敏化等手段，拓展等半导体材料的光响应范围，抑制电子与空穴的复合，从而提高TiO2及其复合物的光催化活性。例如，CuxAg(1-x)/(CuyAg(1-y))2O/Ag3PO4/TiO2虽然能高效利用太阳能在较短时间内将有机污染物彻底氧化降解，但是Ag3PO4具有光敏性，Ag+和PO43-能吸收光量子，阻止电子-空穴对的产生并抑制荷电分离，进而影响其催化活性和光稳定性。因此获得一种催化性能优异、可见光活性较好的光催化材料仍然是一个挑战。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于等离子体共振效应的光催化材料及其制备方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于等离子体共振效应的光催化材料，该材料的结构式为CuxAg(1-x)/(CuyAg(1-y))2O/AgBr/TiO2­，0<x，y≤1，该材料是在TiO2纳米线上修饰CuxAg(1-x)、(CuyAg(1-y))2O纳米粒子和团状AgBr得到，其中，CuxAg(1-x)颗粒的直径为10-50nm，(CuyAg(1-y))2O颗粒的直径为5-20nm，团状AgBr的直径为50-200nm。一种基于等离子体共振效应的光催化材料的制备方法，包括以下步骤：（1）在钛片表面制备TiO2纳米线。（2）TiO2纳米线负载CuxAg(1-x)纳米颗粒，具体为：（2.1）将1g葡萄糖和0.5gPVP溶于25mL去离子水，然后将步骤1处理后的钛片置于溶液中，再向溶液中加入10mL的0.1mol/L的Cu(NO3)2，继续搅拌0.5h；然后将混合溶液和钛片转移到反应釜中，60-120oC反应0.2-3h，取出反应后的钛片，冲洗后于60oC烘箱中干燥1h，得到表面修饰Cu纳米颗粒的TiO2纳米线；（2.2）将银氨溶液与无水乙醇等体积混合均匀，然后将步骤2.1处理后的钛片置于将银氨溶液与无水乙醇的混合溶液中，70℃恒温磁力搅拌1h，得到CuxAg(1-x)纳米颗粒包覆的TiO2纳米线，即CuxAg(1-x)/TiO2；（3）CuxAg(1-x)纳米颗粒包覆的TiO2纳米线负载(CuyAg(1-y))2O纳米颗粒，具体为：（3.1）将10mL的0.1mol/L的Cu(NO3)2溶液与80mL无水乙醇混合均匀，然后将步骤2处理后的钛片置于Cu(NO3)2和无水乙醇的混合溶液中，在搅拌条件下反应2小时后，取出钛片，将钛片干燥后在350℃下煅烧2-3h后，冷却至室温，得到CuxAg(1-x)/Cu2O/TiO2；（3.2）将0.5mol/L的NaOH溶液滴入30mL质量分数为30%的双氧水中，使PH值达到9~10，将步骤3.1处理后的钛片置于其中，15min后，取出反应物，得到CuxAg(1-x)/(CuyAg(1-y))2O/TiO2；（4）配置0.03mol/L的KBr溶液和0.03mol/L的NaH2PO4溶液，将步骤3处理后的钛片依次在KBr溶液中浸没30min、在NaH2PO4溶液中浸没5min，循环浸没3次，得到CuxAg(1-x)/(CuyAg(1-y))O/AgBr/TiO2新型光催化材料。本专利技术具有以下技术效果：（1）原料易得，制备过程简单，重复率高，适合工业生产。（2）通过负载CuxAg(1-x)、(CuyAg(1-y))2O、AgBr等多种粒子，可以有效抑制电子与空穴的复合，从而提高TiO2及其复合物的光催化性能。（3）在(CuyAg(1-y))2O、AgBr等窄带隙半导体上激发的电子能转移到TiO2上，使得光生载流子易于分离，从而显著提高TiO2的可见光光催化活性。（4）采用液相沉淀法合成团状的AgBr等离子体光催化剂，克服了TiO2对太阳光利用效率低的问题,它不但因等离子体共振效应而具有良好的可见光吸收,并且其特殊的电荷分布结构而具有良好的光生电子-空穴对的分离效果。附图说明图1中A-D是不同条件下产物扫描电子显微镜（SEM）图，图中，A是TiO2、B是CuxAg(1-x)/TiO2、C是CuxAg(1-x)/(CuyAg(1-y))2O/TiO2、D是CuxAg(1-x)/(CuyAg(1-y))2O/AgBr/TiO2；图2中A-D是不同条件下产物的透射电子显微镜(TEM)图，图中，A是TiO2，B是CuxAg(1-x)/TiO2，C是CuxAg(1-x)/(CuyAg(1-y))2O/TiO2，D是CuxAg(1-x)/(CuyAg(1-y))2O/AgBr/TiO2；图3是不同催化剂随着反应时间的增加亚甲基蓝的浓度变化(C/C0)图：图A是TiO2，图B是CuxAg(1-x)/TiO2，图C是CuxAg(1-x)/(CuyAg(1-y))2O/TiO2，图D是CuxAg(1-x)/(CuyAg(1-y))2O/AgBr/TiO2。具体实施方式本专利技术一种基于等离子体共振效应的光催化材料，所述材料为CuxAg(1-x)/(CuyAg(1-y))2O/AgBr/TiO2，0<x，y≤1，该材料是在TiO2纳米线上修饰CuxAg(1-x)、(CuyAg(1-y))2O纳米粒子和团状AgBr得到，其中，CuxAg(1-x)颗粒的直径为10-50nm，(CuyAg(1-y))2O颗粒的直径为5-20nm，团状AgBr的直径为50-2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于等离子体共振效应的光催化材料，其特征在于，该材料的结构式为CuxAg(1‑x)/(CuyAg(1‑y))2O/AgBr/TiO2­，0<x，y≤1 ，该材料是在TiO2纳米线上修饰CuxAg(1‑x)、(CuyAg(1‑y)) 2O纳米粒子和团状AgBr得到，其中，CuxAg(1‑x)颗粒的直径为10‑50nm，(CuyAg(1‑y))2O颗粒的直径为5‑20nm，团状AgBr的直径为50‑200nm。

【技术特征摘要】
1.一种基于等离子体共振效应的光催化材料，其特征在于，该材料的结构式为CuxAg(1-x)/(CuyAg(1-y))2O/AgBr/TiO2­，0<x，y≤1，该材料是在TiO2纳米线上修饰CuxAg(1-x)、(CuyAg(1-y))2O纳米粒子和团状AgBr得到，其中，CuxAg(1-x)颗粒的直径为10-50nm，(CuyAg(1-y))2O颗粒的直径为5-20nm，团状AgBr的直径为50-200nm。2.一种权利要求1所述材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）在钛片表面制备TiO2纳米线；（2）TiO2纳米线负载CuxAg(1-x)纳米颗粒，具体为：（2.1）将1g葡萄糖和0.5gPVP溶于25mL去离子水，然后将步骤（1）处理后的钛片置于溶液中，再向溶液中加入10mL的0.1mol/L的Cu(NO3)2，继续搅拌0.5h；然后将混合溶液和钛片转移到反应釜中，60-120oC反应0.2-3h，取出反应后的钛片，冲洗后于60oC烘箱中干燥1h，得到表面修饰Cu纳米颗粒的TiO2纳米线；（2.2）将银氨溶液与无水乙醇等体积混合均匀，然后将步骤（2.1）处理后的钛片置于将银氨溶液与无水乙醇的混合溶液中，70℃恒温...

【专利技术属性】
技术研发人员：张球新，李小云，张晓波，孙国防，陈鹏飞，丁许怀，李培刚，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33