本发明专利技术公开了一种磷酸银/多壁碳纳米管/钨酸铋复合光催化材料及其制备方法，该复合光催化材料包括由多壁碳纳米管和钨酸铋复合形成多壁碳纳米管/钨酸铋复合材料，其上负载有磷酸银，磷酸银的质量百分含量为0.15～0.3。其制备方法包括制备多壁碳纳米管/钨酸铋复合材料以及在其上负载磷酸银。本发明专利技术复合光催化材料具有稳定性强、光响应范围宽、电子‑空穴对分离效率高、光催化性能优异、环境友好等优点，有着很好的应用价值和应用前景，其制备方法具有反应条件温和、工艺流程简单、绿色环保、能耗低、产率高等优点，适合于大规模制备，便于工业化利用，在合成功能材料领域展现了良好的发展势态和广阔的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
磷酸银/多壁碳纳米管/钨酸铋复合光催化材料及其制备方法
本专利技术属于功能材料领域，涉及一种多电子转移通道光催化材料及其制备方法，具体涉及一种磷酸银/多壁碳纳米管/钨酸铋复合光催化材料及其制备方法。
技术介绍
随着环境污染和能源短缺问题的日趋严重，寻找一种既可用于环境治理又可用于清洁能源制备的新技术，已成为一项紧急而急迫的任务。光催化技术利用太阳能为我们提供了一种理想的治理环境污染和制备清洁能源的方法，因此备受人们的关注，成为一种极具应用前景的技术。众所周知，光催化技术研究的关键是光催化剂。近年来钨酸铋因其优异光稳定性、无毒、良好的光催化活性而备受关注，钨酸铋具有较窄带间隙(2.8eV)，因此在紫外-可见光区域表现出更为良好的光响应性。然而，钨酸铋的实际应用仍受到电子-空穴对快速复合和光响应范围有限的限制。为了解决这一问题，提出了掺杂、贵金属加载、异质结结构等多种方法。其中，构建异质结被认为是最有效的方法。现有的钨酸铋异质结大多基于构建单个的电荷转移体系来克服多壁碳纳米管电子-空穴对复合速率快的缺点，但是单个电荷转移体系并不能满足电荷分离效率高的需求；同时它们的制备方法大多存在能耗大、产率低的缺点。因此，构建一种具有多电荷转移体系、光吸收范围宽的钨酸铋异质结以及获得一种简单、绿色、能耗低和产率高的钨酸铋异质结的制备方法具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种稳定性强、光响应范围宽、电子-空穴对分离效率高、光催化性能优异、环境友好的磷酸银/多壁碳纳米管/钨酸铋复合光催化材料，还提供了一种反应条件温和、工艺流程简单、绿色环保、能耗低、产率高的磷酸银/多壁碳纳米管/钨酸铋复合光催化材料的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种磷酸银/多壁碳纳米管/钨酸铋复合光催化材料，所述磷酸银/多壁碳纳米管/钨酸铋复合光催化材料包括磷酸银、多壁碳纳米管和钨酸铋，所述多壁碳纳米管和钨酸铋复合形成多壁碳纳米管/钨酸铋复合材料，所述多壁碳纳米管/钨酸铋复合材料上负载有磷酸银；所述磷酸银/多壁碳纳米管/钨酸铋复合光催化材料中磷酸银的质量百分含量为0.15～0.3。上述的磷酸银/多壁碳纳米管/钨酸铋复合光催化材料，进一步改进的，所述多壁碳纳米管/钨酸铋复合材料中多壁碳纳米管的质量百分含量为0.005～0.03。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供了一种上述磷酸银/多壁碳纳米管/钨酸铋复合光催化材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将多壁碳纳米管与铋盐硝酸溶液中混合，超声，加入钨酸盐溶液，搅拌，所得多壁碳纳米管/钨酸铋前驱混合液进行水热反应，得到多壁碳纳米管/钨酸铋复合材料；S2、将步骤S1得到的多壁碳纳米管/钨酸铋复合材料与去离子水混合，加入磷酸盐溶液，搅拌，加入硝酸银溶液进行反应，过滤，干燥，得到磷酸银/多壁碳纳米管/钨酸铋复合光催化材料。上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S1中，所述多壁碳纳米管、铋盐硝酸溶液、钨酸盐溶液的比例为0.005g～0.03g∶42mL∶42mL；所述铋盐硝酸溶液中铋盐的浓度为0.02mol/L～0.07mol/L；所述钨酸盐溶液中钨酸盐的浓度为0.01mol/L～0.035mol/L；所述铋盐硝酸溶液中的Bi与钨酸盐溶液中的W的摩尔比为2∶1。上述的制备方法，进一步改进的，所述铋盐硝酸溶液由以下方法制备得到：将铋盐溶于浓度为3.65mol/L的硝酸溶液中，在转速为600r/min～1200r/min的条件下搅拌5min～30min，得到铋盐硝酸溶液；所述铋盐为Bi(NO3)3·5H2O；所述钨酸盐溶液由以下方法制备得到：将钨酸盐溶于去离子水中，在转速为600r/min～1200r/min的条件下搅拌5min～30min，得到钨酸盐溶液；所述钨酸盐为Na2WO4·2H2O。上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S2中，所述多壁碳纳米管/钨酸铋复合材料、磷酸盐溶液、硝酸银溶液的比例为0.2g∶10mL∶10mL；所述磷酸盐溶液的浓度为0.0167mol/L～0.04mol/L，所述硝酸银溶液的浓度为0.025mol/L～0.06mol/L；所述磷酸盐溶液中的P与硝酸银溶液中的Ag的摩尔比为2∶3。上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S1中，所述超声的时间为30min～60min；所述搅拌在转速为600r/min～1200r/min的条件下进行；所述搅拌的时间为10h～16h；所述水热反应在160℃温度下进行；所述水热反应的时间24h；所述水热反应前还包括对多壁碳纳米管/钨酸铋前驱混合液进行以下处理：调节多壁碳纳米管/钨酸铋前驱混合液的pH值为1，搅拌15min～60min；所述多壁碳纳米管/钨酸铋前驱混合液的pH值采用氢氧化钠进行调节。上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S2中，所述搅拌的转速为600r/min～1200r/min；所述搅拌的时间为5min～30min；所述反应在转速为600r/min～1200r/min的搅拌条件下进行；所述反应的时间为10h～16h。上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S1中，所述多壁碳纳米管在使用前还包括以下步骤：将多壁碳纳米管置于硝酸溶液中，在温度为100℃～140℃、转速为400r/min～1500r/min的条件下进行搅拌5h～10h，对多壁碳纳米管进行净化处理。上述的制备方法，进一步改进的，所述多壁碳纳米管和硝酸溶液的比例为1g∶350mL；所述硝酸溶液的质量分数为30％～65％。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、本专利技术提供了一种磷酸银/多壁碳纳米管/钨酸铋复合光催化材料，包括磷酸银、多壁碳纳米管和钨酸铋，多壁碳纳米管和钨酸铋复合形成多壁碳纳米管/钨酸铋复合材料，多壁碳纳米管/钨酸铋复合材料上负载有磷酸银。本专利技术中，多壁碳纳米管拥有独特的中空分层结构以及富含的π—π键，能够提高复合材料对有机污染物的吸附能力，同时，多壁碳纳米管具有突出的导电性质，可以作为电子受体，起到“电子库”效应，有利于半导体在光照下产生电荷转移，延长光生电荷的寿命，进而提高光催化剂的光催化活性，通过将多壁碳纳米管与钨酸铋复合形成多壁碳纳米管/钨酸铋复合材料，增强对有机污染物的吸附的同时有效促进了电荷分离效率。在此基础上，将磷酸银负载在多壁碳纳米管/钨酸铋复合材料上，其中磷酸银是一种可见光响应光催化材料，表现出优异的光催化活性，量子效率可提高到90％，可以吸收波长小于520nm的太阳光，与多壁碳纳米管/钨酸铋复合材料复合，可以提高复合材料的光吸收范围；且本专利技术中磷酸银在反应初期被光还原为银纳米粒子，可以作为电子架桥，磷酸银价带上的空穴和钨酸铋导带上的电子转移到银纳米粒子上，形成Z-型电荷转移体系，Z-型电荷转移体系可以保留较强氧化还原电位的同时快速转移光生电荷，避免了电子-空穴的复合；同时，磷酸银具有与钨酸铋匹配的能带，与钨酸铋的结合具有增强光生电荷的转移和有效抑制磷酸银光腐蚀的巨大潜力，因而将磷酸银与钨酸铋复合能够有效抑制磷酸银光腐蚀，提高了复合光催化剂的稳定性。另外，引入多壁碳纳米管，在获得额外的光生载流子转移通道的同时进一步克服磷酸银的光腐蚀问题，这是因为多壁碳纳米管的强吸收作用可以像“电子接收器”一样快速本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种磷酸银/多壁碳纳米管/钨酸铋复合光催化材料，其特征在于，所述磷酸银/多壁碳纳米管/钨酸铋复合光催化材料包括磷酸银、多壁碳纳米管和钨酸铋，所述多壁碳纳米管和钨酸铋复合形成多壁碳纳米管/钨酸铋复合材料，所述多壁碳纳米管/钨酸铋复合材料上负载有磷酸银；所述磷酸银/多壁碳纳米管/钨酸铋复合光催化材料中磷酸银的质量百分含量为0.15～0.3。
【技术特征摘要】
1.一种磷酸银/多壁碳纳米管/钨酸铋复合光催化材料，其特征在于，所述磷酸银/多壁碳纳米管/钨酸铋复合光催化材料包括磷酸银、多壁碳纳米管和钨酸铋，所述多壁碳纳米管和钨酸铋复合形成多壁碳纳米管/钨酸铋复合材料，所述多壁碳纳米管/钨酸铋复合材料上负载有磷酸银；所述磷酸银/多壁碳纳米管/钨酸铋复合光催化材料中磷酸银的质量百分含量为0.15～0.3。2.根据权利要求1所述的磷酸银/多壁碳纳米管/钨酸铋复合光催化材料，其特征在于，所述多壁碳纳米管/钨酸铋复合材料中多壁碳纳米管的质量百分含量为0.005～0.03。3.一种如权利要求1或2所述磷酸银/多壁碳纳米管/钨酸铋复合光催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将多壁碳纳米管与铋盐硝酸溶液中混合，超声，加入钨酸盐溶液，搅拌，所得多壁碳纳米管/钨酸铋前驱混合液进行水热反应，得到多壁碳纳米管/钨酸铋复合材料；S2、将步骤S1得到的多壁碳纳米管/钨酸铋复合材料与去离子水混合，加入磷酸盐溶液，搅拌，加入硝酸银溶液进行反应，过滤，干燥，得到磷酸银/多壁碳纳米管/钨酸铋复合光催化材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述多壁碳纳米管、铋盐硝酸溶液、钨酸盐溶液的比例为0.005g～0.03g∶42mL∶42mL；所述铋盐硝酸溶液中铋盐的浓度为0.02mol/L～0.07mol/L；所述钨酸盐溶液中钨酸盐的浓度为0.01mol/L～0.035mol/L；所述铋盐硝酸溶液中的Bi与钨酸盐溶液中的W的摩尔比为2∶1。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述铋盐硝酸溶液由以下方法制备得到：将铋盐溶于浓度为3.65mol/L的硝酸溶液中，在转速为600r/min～1200r/min的条件下搅拌5min～30min，得到铋盐硝酸溶液；所述铋盐为Bi(NO3)3·5H2O；所述钨酸盐溶液由以下方法制备得到：将钨酸盐溶于去离子水中，在转速...
【专利技术属性】
技术研发人员：李敏芳，赖萃，易欢，曾光明，李必胜，柳诗语，黄丹莲，秦蕾，刘希贵，黄芳龙，张玉锦，安子文，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43
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