AgTO*型复合氧化物可见光响应光催化材料及其应用制造技术

ＡｇＴＯ↓［２］型复合氧化物可见光响应光催化材料，其一般式为ＡｇＴＯ↓［２］表示的复合氧化物半导体所构成的光催化材料（式中Ｔ表示Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ元素）。并可以进行掺杂改性，在ＡｇＴＯ↓［２］中掺入一定量的金属，包括：碱金属、碱土金属、过渡族金属、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ或Ｂｉ元素，采用上述金属的氧化物、氢氧化物、各种无机盐及有机盐类为原料，掺杂量为０．１％－１０％（质量分数）。该复合氧化物半导体可以用于光催化分解有害化学物质。作为分解有害化学物质的光催化材料时，其特点是：在包括紫外光及可见光在内的光线照射下，对于有害化学物质能够高效地分解与去除。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光催化材料(亦称光触媒)。尤其是可见光响应的光催化材料，这种光催化材料是Ag和另一种金属(常见化合价为+3)组成的AgTO2型复合氧化物(亦称多元金属氧化物)半导体材料及其应用。二.技术背景20世纪，经济的飞速增长和工业化大生产的腾飞带来了负面效应——地球生态环境日益恶劣，石油、煤等矿石能源短缺。二噁烷等环境荷尔蒙问题自不用说，水和大气中的农药及恶臭物质也威胁着人们安全而舒适的生活。21世纪，各国政府已充分意识到环境与能源问题，把环境净化、新能源开发、能源高效利用与节约等问题提升到关系到国家生存与发展的战略高度来对待，因而这方面相关的研究与技术开发备受关注。利用光催化技术净化环境是一项全新的“绿色技术”，由于其耗能低，几乎完全靠太阳光能，以及二次污染几乎为零(在环境净化过程中不容易产生其它污染物)，越来越受到各国政府的普遍重视，并成为各国学术界和产业界的研究热点。光催化材料是一种氧化物半导体材料，利用半导体自身的性质，在光照条件下，能发生如下反应当光催化材料吸收了超过其带隙能量的光子后，生成空穴和电子，这些空穴与电子由催化剂内部运动到表面，因为空穴与电子具有强大的氧化与还原能力，所以可以将其周围的化学物质氧化和还原。在这里，氧化物半导体光催化材料的重要特性是其带隙的大小以及导带和禁带的能级。氧化物半导体价带的空穴具有非常强的氧化能力，可以把水以及多种有机物之类的电子给体氧化，而同时生成的导带电子需要通过还原空气中的氧气而被消耗掉。也就是说，该光催化材料发生反应的前提是其能带结构与反应物(水、有机物和氧气)的氧化电位和还原电位必须匹配。光催化材料在光照射下能有效地去除空气中有害物质和杀菌将空气中VOCs(挥发性有机化合物，包括醇类气体、醛类气体、挥发性酮类气体、挥发性苯系物等污染气体)、硫化物、氮氧化物直接氧化分解成二氧化碳、水或其它无毒无害物质；能够高效地破坏各种细菌的细胞膜，凝固各种病毒的蛋白质，达到杀菌的目的。在国外现已广泛应用于家庭、办公楼、会议室、室内公共场所、医院病房、幼儿院、学校、微机房以及汽车、火车、轮船、飞机交通工具等环境。目前以化学性质稳定的二氧化钛(TiO2)为主要研究对象，其广泛的工业应用受到极大制约，主要存在的问题包括1.量子产率低，总反应速率较慢，难以处理量大且浓度高的工业废气和废水；2.太阳能利用率低，由于二氧化钛的带隙是3.2eV，只有在比400nm短的紫外线的照射下才能显现活性，所以其只能吸收利用太阳光中的紫外线部分，不能吸收可见光，因而只能在室外或者有紫外灯的地方工作。射入地表的太阳光，在可见光波长为500nm附近达到最大辐射强度，波长400～750nm的可见光范围的能量是全部太阳光能量的43％。而波长400nm以下的紫外线中的能量约4％。如果能够使材料吸收的波长范围扩大，有效地利用可见光，那么光催化材料的效率将显著提高。因此开发具有高量子产率，能被太阳光谱中的可见光激发的高效半导体光催化材料，是解决当前光催化技术中难题的关键。三.
技术实现思路
本专利技术目的是开发出一系列光催化材料，其既能吸收太阳光中的紫外光，又能吸收可见光的新型光催化材料，并且能高效地发生光催化反应。通过对该催化剂进行光照，其能够分解有害物质，从而提供有害物质的净化处理方法。提出本专利技术的研究小组，一直致力于环境污染治理的研究，提出了有关利用光催化材料的控制治理污染的各种方案，开发了多项专利技术。本专利技术的技术解决方案是1.通式为AgTO2型复合氧化物可见光响应光催化材料，式中T表示Al，Ga，In，Cr，Fe，Co，Ni元素，即包含半导体材料AgAlO2、AgGaO2、AgInO2、AgCrO2、AgFeO2、AgCoO2、AgNiO2。2.AgTO2型复合氧化物可见光响应光催化材料的合成方法。采用Ag和金属T的氧化物、氢氧化物、各种无机盐及有机盐类为原料，按照Ag与金属T摩尔比1∶1配比，根据如下制备方法，采用不同的工艺条件，制备出正交晶系或六方晶系的AgTO2 (1)离子交换法先要合成出对应的前驱体样品LiTO2、NaTO2、KTO2(T＝Al，Ga，In，Cr，Fe，Co，Ni)，建议采用Li2CO3与T2O3(T＝Al，Ga，In，Cr，Fe，Co，Ni)进行反应制备LiTO2，反应温度为500-1200℃(根据前驱体材料不同采用不同烧结温度)，烧结12小时，然后将LiTO2、AgNO3、KNO3按一定比例混合并研磨(干法研磨)，研磨完成后，将混合好的样品转移至坩埚中，在电炉中，以270℃-400℃(根据材料不同采用不同烧结温度)烧结12小时可得到样品，用蒸馏水清洗掉可溶性物质可得AgTO2样品，干燥样品备用。(2)水热合成法采用Ag和金属T(+3价)的氧化物、氢氧化物为原料，按照Ag与金属T摩尔比1∶1配比放入特富龙的高压釜内胆中，加入一定量NaOH作添加剂，再加入一定量的水，将高压釜内胆装入高压釜内，旋紧高压釜的盖，在120℃-200℃的环境下保温5-20小时，取出样品后干燥备用。(3)溶胶—凝胶合成法以Ag和金属T(+3价)的可溶性盐(包括溶于水或溶于有机溶剂)为原料，按照Ag与金属T摩尔比1∶1配比原料，水或有机物为溶剂，加入适当的络合剂，在烘箱中将溶胶烘干变为凝胶，凝胶放入电炉，在300℃保温3小时，再在还原性气氛下，以400℃-1200℃(根据材料不同采用不同烧结温度)温度下烧结3-10小时，烧结温度和时间不同可以制备不同粒径的纳米的AgTO2样品。(4)共沉淀法以Ag和金属T(+3价)的可溶性盐(包括溶于水或溶于有机溶剂)为原料，按照Ag与金属T摩尔比1∶1配比原料，水或有机物为溶剂，调节pH值大于10可使Ag+和金属T的离子沉淀，过滤出沉淀，在电炉中，还原性气氛下，以400℃-1200℃(根据材料不同采用不同烧结温度)烧结3-12小时，烧结温度和时间不同可以制备不同粒径的纳米AgTO2样品。对于2所述的(1)-(4)的方法，建议采用(1)离子交换法，因为金属元素T多数存在多种化合价，利用离子交换法可以控制金属元素T化合价在前驱体样品中为+3价，也保证了在AgTO2中为+3价，使得其晶体结构可控，减少晶体内部的缺陷。3.AgTO2型复合氧化物可见光响应光催化材料的掺杂改性方法。可以在AgTO2中掺入一定量的金属实现如稳定性、耐光性等性质的改性。这些金属包括碱金属、碱土金属、过渡族金属、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi。采用上述金属的氧化物、氢氧化物、各种无机盐及有机盐类为原料，可以实现掺杂改性，掺杂量为0.1％-10％(质量分数)。制备工艺如下对于2中所述的方法(1)-(4)分三组按下列方法实现(1)对于离子交换法，在制备前驱体样品时就进行掺杂，加入含掺杂金属的氧化物、氢氧化物或者金属单质到Li2CO3与T2O3(T＝Al，Ga，In，Cr，Fe，Co，Ni)的混合物中，进行前驱体制备，然后按2中(1)所述的制备工艺实施即可。(2)对于水热合成法，按照掺杂量加入含掺杂金属的氧化物、氢氧化物或者金属单质到原料中，按2中(2)所述的制备工艺实施即可。(3)对于溶胶—凝胶合成法、共沉淀法，按照掺杂量加入含掺杂金属的可溶性盐(包括溶于水或溶于有机溶剂)到原料中，按本文档来自技高网...

【技术保护点】
ＡｇＴＯ↓［２］型复合氧化物可见光响应光催化材料，其特征是通式为ＡｇＴＯ↓［２］表示的复合氧化物半导体所构成的光催化材料，式中Ｔ表示Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ或Ｎｉ元素。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳述昕，邹志刚，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]