一种利用高效一维等离子效应的Z型光催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种利用高效一维等离子效应的Z型光催化剂及其制备方法和应用。所述Z型光催化剂通过如下方法制备得到：S1：将In盐和碱溶解，搅拌混合均匀后反应得In(OH)3粉末；S2：将In(OH)3粉末于200~300℃下煅烧，得In2O3纳米棒；S3：将In2O3纳米棒超声分散，加入Ag盐，搅拌，超声得Ag

A Z-type photocatalyst utilizing high efficiency one-dimensional plasma effect and its preparation method and Application

The invention relates to a Z-type photocatalyst utilizing high efficiency one-dimensional plasma effect, a preparation method and application thereof. The Z-type photocatalyst is prepared by the following methods: S1: dissolving in salt and alkali, stirring and mixing evenly, and then reacting to obtain in (OH) 3 powder; S2: calcining in (OH) 3 powder at 200-300 C to obtain in_2O_3 nanorods; S3: ultrasonic dispersion of in_2O_3 nanorods, adding Ag salt, stirring, and ultrasonic synthesis of Ag.

【技术实现步骤摘要】
一种利用高效一维等离子效应的Z型光催化剂及其制备方法和应用
本专利技术属于催化剂
，具体涉及一种利用高效一维等离子效应的Z型光催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
抗生素主要用于治疗人类疾病和促进牲畜和植物的生长，四环素类化合物（包括四环素（TTC），土霉素（OTC）和氯四环素（CTC）），现在已成为世界上抗生素生产和应用的第二大抗生素组。四环素类化合物均由具有多个可电离官能团的四原子环组成，由于抗生素的过度使用和它们的特殊结构，人类和动物都难以完全消化分解，导致其通过动物和人类的尿液和粪便再次进入生态系统，从而污染饮用水系统。更糟糕的是，四环素类化合物会滋生出具有抗生素抗性细菌的外观，这也给人类和地球带来不可逆转的威胁。自1983年以来，一些发达国家如德国、美国、西班牙、韩国等已经陆续在土壤和水体中检测到四环素类药物的存在。而我国关于抗生素污染的研究尚处于起步阶段，相关报道还是较少。因此，开发环保有效的技术来解决这些污染物已成为全球关注的问题。近年来，半导体光催化剂光催化降解污染物是一种公认的高效处理环境污染的方法。但是目前关于半导体光催化剂应用在环境污染治理方面的研究，主要还集中在处理工业印染废水（目标污染物如甲基橙，罗丹明，甲基蓝等染料试剂），针对以四环素类化合物为代表的抗生素类污染物的研究甚少。一方面是由于半导体光催化剂仍处于科研阶段，目标降解物的研究不甚全面；另一方面也是因为四环素类抗生素在环境中持久性强，分子链结合更强，降解难度大，极易残留在环境中。In2O3的带隙为2.8eV，这赋予它优秀的捕获可见光的能力；此外，In2O3具有优异的导电性和光稳定性，对于光催化降解废水中有机污染物有可观的应用前景，有望用来处理四环素类化合物的污染问题。此外，单纯的In2O3具有严重的光生载流子复合问题，需要通过掺杂处理，构建多元催化体系，充分发挥各组分的优势，尽可能获取最高效的催化活性。因此，开发一种具有较好光降解活性由其是具有四环素类化合物降解活性的催化剂具有重要的研究意义和应用成果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中四环素类化合物降解困难的缺陷或不足，提供一种利用高效一维等离子效应的Z型光催化剂。本专利技术通过超声处理和光还原法制备了Z型光催化剂Ag/AgCl/In2O3，通过对In2O3纳米棒进行Ag和AgCl的双重掺杂，利用金属纳米颗粒的表面等离子共振（SPR）效应和带间跃迁，拓宽半导体的光吸收范围，进一步提高In2O3的光吸收和光催化活性。本专利技术提供的Z型光催化剂Ag/AgCl/In2O3带隙合适，紫外区、可见光区、近红外区的光均有良好的响应，对太阳光的利用率极高，同时对四环素类化合物有极强的光催化降解活性，在抗生素过度使用的今天具有很好的实际应用和市场推广价值。本专利技术的另一目的在于提供上述Z型光催化剂在光催化反应中的应用。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种利用高效一维等离子效应的Z型光催化剂，通过如下方法制备得到：S1：将In盐和碱溶解，搅拌混合均匀后反应，过滤，洗涤，烘干，得In(OH)3粉末；S2：将In(OH)3粉末于200~300℃下煅烧，得In2O3纳米棒；S3：将In2O3纳米棒超声分散，加入Ag盐，搅拌，超声得Ag+掺杂的In2O3水分散液；所述In2O3和Ag+的摩尔比为0.01~100:1；S4：向所述Ag+掺杂的In2O3水分散液中加入Cl盐至混合均匀后，光照进行光还原反应，过滤，洗涤，干燥即得所述Z型光催化剂；所述In2O3和Cl盐和摩尔比为0.01~100:1。本专利技术通过超声处理和光还原法制备了Z型光催化剂Ag/AgCl/In2O3，利用金属纳米颗粒的表面等离子共振（SPR）效应和带间跃迁，拓宽半导体的光吸收范围，进一步提高In2O3的光吸收和光催化活性。其中，超声处理一方面可以使团聚的In2O3纳米棒分散独立，增大反应中的接触面积；另一方面在超声过程中Ag+可以与纳米棒的表面产生键合，实现Ag+的掺杂，光还原法可实现Ag和AgCl的双重掺杂，通过调控各原料的配比可得到调控Ag和AgCl的掺杂量，如Ag或AgCl掺杂过多或过少，都会导致光催化降解活性的减弱，或是难以显著提高光催化剂本体In2O3的光催化活性，合理的掺杂比例可以最大程度提高光催化剂的活性。本专利技术提供的Z型光催化剂Ag/AgCl/In2O3光催化剂带隙合适，紫外区、可见光区、近红外区的光均有良好的响应，对太阳光的利用率极高，同时对四环素类化合物有极强的光催化降解活性，在抗生素过度使用的今天具有很好的实际应用和市场推广价值。本领域中常规的In盐和碱均可用于本专利技术中。优选地，S1中所述In盐为InCl3或In(NO3)3中的一种或两种。优选地，S1中所述碱为尿素、NaOH或KOH中的一种或几种。优选地，S1中所述In盐和碱的摩尔比为0.01~100:1。该用量条件下可实现In3+较好的沉淀。优选地，S1中反应的温度为50~150℃；反应的时间为5~10h。更为优选地，S1中反应的温度为80℃。优选地，S1烘干的温度为60~100℃，烘干的时间不小于5h。优选地，S2中煅烧的时间为2~5h。优选地，S2中以1~10℃/min升温速率升温至200~300℃。优选地，S3中Ag+的浓度为0.05~1mol/L。优选地，S3中Ag+和In2O3的摩尔比为1:1。优选地，S3中每次超声的时间为20~60min。本领域中常规的Ag盐均可用于本专利技术中。优选地，S3中Ag盐为AgNO3。优选地，S4中所述Cl盐和In2O3的摩尔比为1:1。应当理解的是，此处的Cl盐和In2O3的摩尔比指代的是Cl元素与In2O3的摩尔比。优选地，S4中Cl盐混合均匀后，Cl-的浓度为0.05~1mol/L。优选地，S4中所述光照的波长λ＞420nm。上述Z型光催化剂在光催化反应中的应用也在本专利技术的保护范围内。优选地，所述光催化反应为降解四环素类化合物反应。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术通过超声处理和光还原法制备了Z型光催化剂Ag/AgCl/In2O3，通过对In2O3纳米棒进行Ag和AgCl的双重掺杂，利用金属纳米颗粒的表面等离子共振（SPR）效应和带间跃迁，拓宽半导体的光吸收范围，进一步提高In2O3的光吸收和光催化活性。本专利技术提供的Z型光催化剂Ag/AgCl/In2O3带隙合适，紫外区、可见光区、近红外区的光均有良好的响应，对太阳光的利用率极高，同时对四环素类化合物有极强的光催化降解活性，在抗生素过度使用的今天具有很好的实际应用和市场推广价值。附图说明图1为实施例1提供的Z型光催化剂的扫描电镜图；图2为实施例1中提供的Z型光催化剂分别对四环素（TTC），氯四环素（CTC），和氧四环素（OTC）的降解效果图；图3为实施例1~4提供的Z型光催化剂降解四环素的效果统计图；图4为实施例1中提供的Z型光催化剂降解四环素为例，测试其循环使用的光催化活性效果图。具体实施方式下面结合实施例进一步阐述本专利技术。这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。下例实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照本领域常规条件或按照制造厂商建议的条件；所使用的原料、试剂等，如无特殊说明，均为可从常规市场等商业途径本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用高效一维等离子效应的Z型光催化剂，其特征在于，通过如下方法制备得到：S1：将In盐和碱溶解，搅拌混合均匀后反应，过滤，洗涤，烘干，得In(OH)3粉末；S2：将In(OH)3粉末于200~300℃下煅烧，得In2O3纳米棒；S3：将In2O3纳米棒超声分散，加入Ag盐，搅拌，超声得Ag

【技术特征摘要】
1.一种利用高效一维等离子效应的Z型光催化剂，其特征在于，通过如下方法制备得到：S1：将In盐和碱溶解，搅拌混合均匀后反应，过滤，洗涤，烘干，得In(OH)3粉末；S2：将In(OH)3粉末于200~300℃下煅烧，得In2O3纳米棒；S3：将In2O3纳米棒超声分散，加入Ag盐，搅拌，超声得Ag+掺杂的In2O3水分散液；所述In2O3和Ag+的摩尔比为0.01~100:1；S4：向所述Ag+掺杂的In2O3水分散液中加入Cl盐至混合均匀后，光照进行光还原反应，过滤，洗涤，干燥即得所述Z型光催化剂；所述In2O3和Cl盐和摩尔比为0.01~100:1。2.根据权利要求1所述Z型光催化剂，其特征在于，S1中所述In盐为InCl3或In(NO3)3中的一种或两种；所述碱为尿素、NaOH或K...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志鸿，马歌，王新，
申请(专利权)人：肇庆市华师大光电产业研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44