一种光催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种光催化剂及制备方法和应用，所述光催化剂为金属氧化物与金属硫化物按质量百分比计算，即金属氧化物：金属硫化物为99.99%-98%：0.01%-2%的比例进行复合而得的金属复合物；所述金属氧化物为氧化锌或氧化钛；所述金属硫化物为硫化钼或硫化钨。其制备方法即将金属氧化物和金属硫化物依次经搅拌、混合、超声、干燥，即得光催化剂，该光催化剂既能实现对太阳光全波段光的吸收又能提高其光电转化效率，同时还能抑制载流子的复合，全方位提高光催化效率。该光催化剂比其他类型的光催化剂对分解物具有更高的催化效率和更快的催化速度。对太阳光的利用率更充分，更全面。另外该催化剂还具有廉价、易得的特点。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开一种光催化剂及制备方法和应用，所述光催化剂为金属氧化物与金属硫化物按质量百分比计算，即金属氧化物：金属硫化物为99.99%-98%：0.01%-2%的比例进行复合而得的金属复合物；所述金属氧化物为氧化锌或氧化钛；所述金属硫化物为硫化钼或硫化钨。其制备方法即将金属氧化物和金属硫化物依次经搅拌、混合、超声、干燥，即得光催化剂，该光催化剂既能实现对太阳光全波段光的吸收又能提高其光电转化效率，同时还能抑制载流子的复合，全方位提高光催化效率。该光催化剂比其他类型的光催化剂对分解物具有更高的催化效率和更快的催化速度。对太阳光的利用率更充分，更全面。另外该催化剂还具有廉价、易得的特点。【专利说明】一种光催化剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及环境保护领域，尤其涉及一种光催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
环境污染问题作为当今世界的难题之一，受到越来越多的重视，高效、安全、低成本的解决这个问题可以说众望所归。光催化其自身优异的作用机制完全符合上述要求，唯一的要求就是我们需要制备具有高效催化性能和光能利用率的光催化剂。然而目前国内外用于光催化的材料主要有TiO2得益于其廉价、物化性质好和生物兼容性良好等特点，使其成为了一种天然优异的光催化剂材料，但是由于其3.2eV的宽禁带使其只能吸收紫外波段的光仅仅占太阳光的5%，大大降低了对太阳光的利用。另一种近几年也普遍应用的到光催化中的是氧化锌其存在多种纳米结构但是禁带宽度为3.37eV存在和TiO2同样的问题外，氧化锌做为光催化剂又有着耐光腐蚀性差，对环境PH值要求苛刻等缺点，主要通过对其掺杂以及表面修饰以调整其能带结构、改良其性能是解决上述问题的常用手段。纳米结构的金属氧化物具有大的比表面积、合适的禁带宽度，易于制备等方面的优异特性而备受推崇，然而自身又存在一些弊端。同时二维结构的二硫化钥作为一种新型的类石墨烯的二维结构具有优与石墨烯的许多性能，其从间带隙的块体结构到具有2.83eV禁带宽度的直带隙单原子层结构，大大增强其对太阳光的利用尤其是可见光波长的。而且由于不同数量层的二硫化钥的禁带宽度略微有变化，这样将不同数量层的二硫化钥混合使用使其具有吸收所有太阳光波段相匹配的禁带宽度，从而实现对太阳能的全波段吸收，这样将在很大程度上提高对太阳能的利用从而提高光催化的效率。此两种物质的完美结合所制备的复合光催化剂将具有很高的催化性能。就制备方法而言化学气相沉积法是制备纳米结构材料最常用的方法之一，这种方法与其他方法相比具有结晶度和取性好等特点。同时液相剥离法制备单层或少数几层二硫化钥相对于其他方法更利于实现量化，其所得的二硫化钥具有各种不同的层，而且制备过程非常简单，廉价。本专利技术旨在将CVD法制备的高品质的氧化锌纳米片和液相剥离法制备的单原子层或少数几层的二硫化钥简单复合，从而制备出高效的光催化剂，实现对太阳光的高效利用。中国专利(CN 103464180)公开了一种新型光催化才材料的制备方法及其应用。将石墨烯与P25复合，利用石墨烯的优异的电子传导性能促进P25的光生载流子迁移，达到电子与空穴的高效分离，从而提升P25的紫外光催化性能。随后，利用表面氯化的方法将复合物深入改性，引入氯自由基，是降解性能进一步提升。中国专利(CN1472007A)公开了硫酸与二氧化钛复合光催化剂，具有可见光活性，能被波长387-510纳米的可见光激发，提高了 Ti4+的活性，即捕获光生电子的能力，而表面羟基或氧阴离子自由基捕获光生空穴，从而降低光生电子空穴对的复合率，提高了对有机污染降解效果。以上两项专利均为公开了复合光催化剂的配方，但该复合光催化剂对光的利用波长范围小即多数只能吸收紫外区域的光、光生电子和空穴易复合、需要贵金属作为助催化剂等方面的缺点和不足。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是为了解决上述的复合光催化剂对光的利用波长范围小即多数只能吸收紫外区域的光、光生电子和空穴易复合、需要贵金属作为助催化剂等方面的缺点和不足而提供一种可以利用全波段太阳光，延迟光生载流子快速复合的p-n结以及在不需要任何其他助催化剂的就能快速实现对有机物的降解的光催化剂。本专利技术的目的之二在于 提供上述的一种光催化剂的制备方法。本专利技术的技术方案 一种光催化剂，为金属氧化物与金属硫化物按质量百分比计算，即金属氧化物:金属硫化物为99.99%-98%:0.01%-2%，优选为99.99%_99%:0.01%-1%的比例进行复合而得的金属复合物； 所述的金属氧化物为氧化锌或氧化钛； 所述的金属硫化物为硫化钥或硫化钨； 所述金属氧化物为无规则的纳米片状结构，所述纳米片状结构的尺寸为10-900nm，厚度为 10_50nm ； 所述金属硫化物为无规则的纳米片状结构，所述纳米片状结构的尺寸为lO-lOOnm，厚度为 0.6_5nm。上述的一种光催化剂的制备方法，具体步骤如下: 即将金属氧化物和金属硫化物经搅拌10-60min混合后，控制频率为100-200W进行超声30-90min，然后控制温度100-150°C干燥，即得所述光催化剂； 其中金属氧化物可以由化学气相沉积法、水热法、脉冲激光沉积或分子束外延法等方法制备得到，本专利技术优先选择化学气相沉积法； 所述的化学气相沉积法，即以镀贵金属的硅片或Al2O3为衬底，将纯度为99.99%的金属氧化物粉末和纯度为99.99%的碳粉按质量比1: 10-10:1混合，掺入2.5%—25%的五氧化二磷(P2O5)； 上述的化学气相沉积法过程的控制参数如下:生长温度为800-1000°C，生长时间小于IOmin,升温速度 40°C /min,!S气(Ar)流量 10_120sccm、氧气(O2)流量 10_80sccm。其中的金属硫化物可以由机械剥离法、电化学锂离子插入剥离法、液相剥离法、化学气相沉积法或水热法等法制取，本专利技术优先选择液相超声剥离法。单原子层或少数几层的金属硫化物的制备: 采用液相超声剥离的方法制备所需的金属硫化物，首先选取对层状块体金属硫化物具有很好悬浮效果的溶液如N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)、过氧化氢异丙苯(CHP)或水等来作为液相载体来制备单原子层或少数几层的金属硫化物； 将纯度为99.99%的金属硫化物粉末置于液相载体中，其中金属硫化物的浓度为0.01-lg/mL，然后进行超声剥离，超声剥离后，控制离心速度为1500-12000r/min进行离心30-60min,即得光催化剂，即金属氧化物与金属硫化物复合而成的金属复合物。上述的超声剥离过程控制参数为:超声时间30-800min、超声频率80-500W。上述的一种光催化剂用于有机物亚甲基蓝的光催化降解，其用量按光催化剂与亚甲基蓝的质量比为1:100的比例计算。本专利技术的有益技术效果 本专利技术的光催化剂由于选用了两种很适合用于光催化剂的材料即金属氧化物和金属硫化物且其复合以后具有适于进行光催化的禁带宽度，故两者复合以后既能实现对太阳光全波段光的吸收又能提高其光电转化效率，同时还能延缓载流子的复合，全方位提高光催化效率。进一步，本专利技术的光催化剂，相比于其他类型的光催化剂，对亚甲基蓝具有更高的催化效率和更快的催化速度。其次该种催化剂对太本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光催化剂，其特征在于所述的光催化剂为金属氧化物与金属硫化物按质量百分比计算，即金属氧化物：金属硫化物为99.99%‑98%：0.01%‑2%的比例进行复合而得的金属复合物；所述的金属氧化物为氧化锌或氧化钛；所述的金属硫化物为硫化钼或硫化钨；所述金属氧化物为无规则的纳米片状结构，所述纳米片状结构的尺寸为10‑900nm，厚度为10‑50nm；所述金属硫化物为无规则的纳米片状结构，所述纳米片状结构的尺寸为10‑100nm，厚度为0.6‑5nm。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王现英，刘洋洋，谢澍梵，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31