一种Pt-Ag/WO3等离子体光催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种Pt‑Ag/WO3等离子体光催化剂及其制备方法和应用，该光催化剂是利用具有等离子体共振效应的Pt‑Ag贵金属合金纳米颗粒修饰WO3光催化材料得到的。本发明专利技术的Pt‑Ag/WO3等离子体光催化剂中Pt‑Ag贵金属合金纳米颗粒的等离子体共振激发光谱范围宽，对太阳光中的紫外光和可见光的利用效率高；同时Pt‑Ag贵金属合金纳米颗粒具有组分效应，通过改变贵金属合金的组分，可实现对其功函数的连续调节，进而调控光催化材料的能带结构，从而提高光催化剂的光催化性能。本发明专利技术的制备的光催化剂对低浓度的NO气体具有较好的光催化脱除效率，并且光催化脱除反应是在常温下进行的，操作简便、能耗低。

A Pt Ag/WO3 plasma photocatalyst and preparation method and application thereof

【技术实现步骤摘要】
一种Pt-Ag/WO3等离子体光催化剂及其制备方法和应用
本专利技术属于光催化
，具体涉及一种Pt-Ag/WO3等离子体光催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
随着工业化进程的加快和经济的快速发展，环境问题已成为阻碍社会可持续发展的难题。环境问题特别是大气污染日益加剧，严重威胁着人类健康。环境大气中NOx(NO和NO2主要来自于汽车尾气的排放和煤的燃烧)是一种浓度低、危害大的酸性气体，在大气中传输、转化并参与光化学烟雾和PM2.5等二次污染物的形成，破坏生态环境，危害人类健康。对于NOx的去除，现有方法包括选择性催化还原、化学吸收、活性炭吸附和热催化等，但是这些方法适用于高浓度NOx的去除。对于空气中低浓度的NOx的去除，我们需要研制开发高效、低成本、持久耐用的新技术，有效治理空气中微量NOx污染，对于普遍存在的机动车尾气排放造成的大气污染净化有重大实际意义。在各种新兴污染物治理技术中，光催化作为一种新型绿色技术近年来受到广泛关注。光催化剂特别是等离子体型的光催化剂表现出良好的光催化性能而受到广泛的关注。等离子体光催化剂一般是由半导体和分散在半导体内部或表面的贵金属纳米粒子构成的。这种材料具备两大杰出的特性：金属-半导体结和局域表面等离子体效应效应。前者有利于光生电荷的分离和转移，后者则促使催化剂吸收利用更多的可见光，产生更多的光生电子和空穴。这两个特性对获得高活性的光催化剂是有很大帮助的。因此，开发新型可见光响应(对太阳能的利用效率高)、高活性的等离子体光催化剂是当前的一个研究热点，也在光催化去除NOx方面展现出广阔的应用前景。等离子体光催化剂由贵金属纳米粒子和半导体两大部分构成的。常用的贵金属主要有金(Au)、银(Ag)和铂(Pt)。到目前为止，较为常见的等离子体光催化剂有四类，包括：基于Au纳米粒子的等离子体光催化剂，基于Ag纳米粒子的等离子体光催化剂，基于Pt纳米粒子的等离子体光催化剂和基于Ag/AgX纳米粒子的等离子体光催化剂。2008年，Awazu等人将表面等离子体共振效应用于光催化反应，开发出高性能的Ag/TiO2光催化材料，并首次提出了表面等离子体光催化(J.Am.Chem.Soc，2008，130(5)：1676-1680)。随后各国学者采用不同的贵金属和半导体基材，构建了多种等离子体光催化剂体系，并围绕表面等离子体光催化机理进行了大量研究。Bian等人采用浸渍法合成了Au/TiO2等离子体光催化剂，该光催化剂因其表面等离子体效应而表现出增强的光电化学性能，同时对罗丹明B和甲基蓝表现出增强的可见光降解活性(J.Am.Chem.Soc，2014，136(1)：458-465)。Yu等人合成了Ag/AgCl/TiO2等离子体光催化剂，由于Ag纳米颗粒的表面等离子体效应和电子.空穴的有效分离，该材料表现出优异的甲基橙降解性能(J.Phys.Chem.C，2009，113(37)：16394-16401)。Lu等人也发现在ZnO表面沉积单质Ag不仅可以提高体系的可见光吸收，而且能促进光生电子和空穴的分离，进而提高光催化性能(J.Phys.Chem.C，2008，112(43)：16792-16800)。与Au和Ag不同，Pt起初被认为是没有等离子体效应的。然而，Zhang等人将Pt修饰在TiO2表面，得到具有明显可见光响应和可见光催化活性的Pt/TiO2，归因于Pt的等离子体效应(MonatshChem,2012,143(5):729-738)。申请号为CN201510231912.4公开了一种纳米金嵌入二氧化钛(Au/TiO2)的等离子光催化剂及其制备方法。申请号为CN201510213328.6公开了一种可见光响应的等离子光催化剂及其制备方法，涉及两种可见光响应纳米金嵌入五氧化二钽(Au/Ta2O5)和纳米金嵌入五氮化二钽(Au/Ta2N5)等离子体光催化剂。现有技术中的等离子体光催化剂中，都是以单质贵金属纳米颗粒修饰光催化材料的，还没有利用贵金属合金纳米颗粒的等离子体共振效应修饰光催化剂的报道，而以单质贵金属纳米颗粒修饰光催化材料具有光谱响应范围窄、光利用效率低等缺点。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种Pt-Ag/WO3等离子体光催化剂，该光催化剂的催化性能强，对低浓度的NO气体具有较好的光催化脱除效率，具有重要实际应用价值，并且光催化脱除反应是在常温下进行的，操作简便、能耗低。技术方案：为了实现上述目的，如本专利技术所述的一种Pt-Ag/WO3等离子体光催化剂，这种光催化剂是利用具有等离子体共振效应的Pt-Ag贵金属合金纳米颗粒修饰WO3光催化材料得到的。本专利技术所述的Pt-Ag/WO3等离子体光催化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)种子包埋法制备Pt纳米颗粒：首先将氯铂酸溶液和柠檬酸钠溶液混合，边搅拌边加入NaBH4溶液，当溶液颜色变暗时表明Pt的种子已获得了，此时，在搅拌条件下加入聚乙烯吡咯烷酮、抗坏血酸、碘化钾、氯铂酸组成的混合溶液，反应后过滤得到固体，用去离子水离心洗涤，得到Pt纳米颗粒，将其分散在去离子水中储存备用；(2)具有等离子体共振效应的Pt-Ag合金纳米颗粒的合成：取步骤(1)制备的Pt纳米颗粒分散液，再在搅拌条件下依次加入聚乙烯吡咯烷酮溶液、乙腈、抗坏血酸，混合均匀后，再注射AgNO3溶液，反应后用去离子水离心洗涤，获得Pt-Ag合金纳米颗粒，再将其分散在去离子水中得到Pt-Ag合金纳米颗粒分散液备用；(3)制备Pt-Ag/WO3等离子体光催化剂：在步骤(2)得到的Pt-Ag合金纳米颗粒分散液中，加入偏钨酸铵，搅拌后静置，干燥，然后逐步升温煅烧，得到Pt-Ag/WO3等离子体光催化剂。其中，步骤(1)所述氯铂酸溶液的浓度为0.1～0.5mmol/L，体积为5～10mL；所述柠檬酸钠的浓度为0.1～0.5mmol/L，体积为5～10mL；所述NaBH4的浓度为0.1～0.5mol/L，体积为0.5～1mL；所述混合溶液由10～15mL质量百分数为3～8wt％的聚乙烯吡咯烷酮、3～8mL浓度为0.1～0.5mol/L的抗坏血酸、3～8mL浓度为0.1～0.5mol/L的碘化钾、1～3mL浓度为0.1～0.5mol/L氯铂酸溶液组成。其中，步骤(2)所述聚乙烯吡咯烷酮的质量百分数为3～8wt％，体积为10～15mL；纯乙腈的体积为10～20mL；抗坏血酸的浓度为0.1～0.5mol/L，体积为0.5～2mL；AgNO3溶液的浓度为0.1～0.5mol/L，体积为0.05～3mL。步骤(2)所述AgNO3溶液注射速率为0.02～0.08mL/min。其中，步骤(3)所述偏钨酸铵的加入量为0.1～0.5g。步骤(3)所述干燥温度为70～100℃，时间为12h～24h。步骤(3)所述升温速率为0.5～2℃/min；煅烧温度为450～550℃，煅烧时间为5～10h。本专利技术所述的Pt-Ag/WO3等离子体光催化剂在去除NO气体中的应用。进一步地，所述脱除NO气体为低浓度的NO气体，并可以在常温下进行脱除。本专利技术中的原料都是由市售可得。本专利技术中采用贵金属合金纳米颗粒的等离子体与贵金属单质相比，贵金属合金纳米颗粒的等离子体共振激发光谱范围明显拓宽(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Pt‑Ag/WO3等离子体光催化剂，其特征在于，由Pt‑Ag贵金属合金纳米颗粒修饰WO3光催化材料得到。

【技术特征摘要】
1.一种Pt-Ag/WO3等离子体光催化剂，其特征在于，由Pt-Ag贵金属合金纳米颗粒修饰WO3光催化材料得到。2.一种权利要求1所述的Pt-Ag/WO3等离子体光催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)种子包埋法制备Pt纳米颗粒：首先将氯铂酸溶液和柠檬酸钠溶液混合，边搅拌边加入NaBH4溶液，当溶液颜色变暗时表明Pt的种子已获得了，此时，在搅拌条件下加入聚乙烯吡咯烷酮、抗坏血酸、碘化钾、氯铂酸组成的混合溶液，反应后用去离子水离心洗涤，得到Pt纳米颗粒，将其分散在去离子水中储存备用；(2)具有等离子体共振效应的Pt-Ag合金纳米颗粒的合成：取步骤(1)制备的Pt纳米颗粒分散液，再在搅拌条件下依次加入聚乙烯吡咯烷酮溶液、乙腈、抗坏血酸，混合均匀后，再注射AgNO3溶液，反应后过滤得到固体，用去离子水离心洗涤，获得Pt-Ag合金纳米颗粒，再将其分散在去离子水中得到Pt-Ag合金纳米颗粒分散液备用；(3)制备Pt-Ag/WO3等离子体光催化剂：在步骤(2)得到的Pt-Ag合金纳米颗粒分散液中，加入偏钨酸铵，搅拌后静置，干燥，然后逐步升温煅烧，得到Pt-Ag/WO3等离子体光催化剂。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述氯铂酸溶液的浓度为0.1～0.5mmol/L，体积为5～10mL；所述柠檬酸钠的浓度为0.1～0.5mmol/L，体积为5～10mL；所述NaBH4的浓度...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯贵华，刘怀平，董鹏玉，宋正华，崔恩田，张勤芳，张峰，姜瑞雨，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32