一种光热协同增强全光谱响应异质结构光催化剂及其制备制造技术

本发明专利技术涉及半导体光催化剂制备技术领域，具体公开了一种光热协同增强全光谱响应异质结构光催化剂及其制备。该催化剂的化学组成式为K

Preparation of heterogeneous photocatalyst with photothermal synergistic enhancement of full spectral response

【技术实现步骤摘要】
一种光热协同增强全光谱响应异质结构光催化剂及其制备
本专利技术属于半导体光催化剂制备
，涉及一种异质结构光催化剂的制备方法，尤其是具体涉及一种光热协同增强全光谱响应异质结构光催化剂及其制备。
技术介绍
面对日益严重的水污染问题，利用绿色清洁的可再生的太阳能为驱动力的光降解技术是一种有效的应对办法。目前，大部分光催化剂(TiO2、ZnO、CdS、g-C3N4等)只对紫外光或者可见光有响应，无法充分利用太阳能，特别是占太阳能能量比重超过50％的近红外光，因此，近年来，全谱响应光催化剂引起人们的广泛研究兴趣，例如，果崇申课题组合成铯钨青铜CsxWO3并研究了其全谱光催化降解有机染料MB的效率[AppliedCatalysisB:Environmental183(2016)142-148]；YangLF课题组报道了铵钨青铜(NH4)xWO3与P25复合组成的光催化剂具有全谱光催化降解有机染料RhB性能[ScientificReports7(2017)45715]。然而，无论是纯的钨青铜还是与P25复合的钨青铜在近红外区域的光催化效果不够理想，如铯钨青铜CsxWO3在近红外光照射下光降解有机染料MB的去除率只有37％，光催化剂P25/(NH4)xWO3在近红外光照射下12小时只降解了60％的RhB。所以，寻找全光谱响应的高效光催化剂，探索新的方法并改善其全谱光催化效率成为当前研究的热点。在研究全谱光催化中的近红外区域时，近红外光具有很强的热效应，同时光催化剂和有机废水在全谱光催化剂的实际应用中吸收太阳光时会不可避免地产生热能，改变反应温度，影响光催化进程，通过阿累尼乌斯公式kap＝kap0exp[-(Ea/RT)]得到温度越高表观速率越大。因此，研究温度对光催化的影响是必要的，这有利于光催化在降解有机废水上的实际应用。目前，已经有研究人员进行光热催化的探索。比如，BehnajadyMA[JournalofHazardousMaterials133(2006)226-232]使用ZnO进行光催化降解C.I.酸黄23(AY23)时，讨论了温度对催化的影响；NoureddineBarka等人[JournalofPhotochemistryandPhotobiologyA:Chemistry195(2008)346–351]研究了使用无纺布包覆TiO2作为光催化剂降解罗丹明B(RhB)，探究温度从25℃到40℃对光催化的影响，结果表明光降解在较高温度下有较高的降解速率。目前普遍认为的机理是——温度对光催化反应的影响主要通过两方面：一是温度的变化会影响光催化剂对有机染料的吸附，二是温度的升高有助于提高反应的光生电子-空穴的有效复合，从而提高了去除有机染料的速率，达到更高的光催化效率。因此温度应会较好地提高光催化活性。目前，钨青铜的主要合成方法分为气相法、液相法和固相法三种。气相法反应速度快、产物粒度分散均匀并且纯度较高，但是对实验条件及实验仪器要求较高，成本较贵，不能普遍推广。液相法中最常见的是水热/溶剂热法，工艺较成熟，设备要求相比于气相法要低，制备的产物结构缺陷小、均匀性好且可以制备出多种形貌的钨青铜，但其产物一般较少且可能制备时间较长，不利于工业化生产。固相法相对于其他两种方法操作简单，设备要求不高，产量高，可大量制备，但现有技术中尚缺少用固相法合成含有钾钨青铜的异质结构光催化剂的公开报道。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：针对现有技术中用固相法合成含有钾钨青铜的异质结构光催化剂尚无公开报道的缺陷与不足，提供一种光热协同增强全光谱响应异质结构光催化剂及其制备方法。该异质结构光催化剂制备方法简单、快捷、高产率，且可以在紫外-可见-近红外光辐照下高效降解有机染料并呈现光热协同增强效应。本专利技术采用如下技术方案，来实现专利技术目的。首先，本专利技术公开了一种光热协同增强全光谱响应异质结构光催化剂。该催化剂的化学组成式为K0.2MxWO3，其中M＝Li或Na，0.3≤x≤0.4，并含有钾钨青铜K0.2WO3相、碱金属钨酸盐Li2W2O7相或Na2W2O7相构成的异质结构。进一步地，所述的K0.2WO3为JCPDSNo.83-1331；所述的Li2W2O7为JCPDSNo.73-0171；所述的Na2W2O7为JCPDSNo.70-0860。进一步地，所述的一种光热协同增强全光谱响应异质结构光催化剂，能够在紫外、可见和近红外光辐照下，光催化高效去除有机染料，并呈现光热协同增强效应。其次，本专利技术还公开了一种光热协同增强全光谱响应异质结构光催化剂的制备方法。制备方法包括以下步骤：S1、计算与称量：根据设计制备K0.2MxWO3催化剂的摩尔数，称取含有同样摩尔数钨元素的钨酸盐，并按照钨酸盐中钨元素与有机酸中羧基的摩尔比为1:3，称取相应量的有机酸；S2、制备三氧化钨前驱体：将步骤S1中称取的反应物装入球磨机中，球磨0.5-6小时后，取出球磨产物，经洗涤、固液分离和干燥，即得三氧化钨前驱体；S3、制备钾钨青铜K0.2WO3：按照钾与前驱体中钨的摩尔比为1:5，称取相应量的碳酸钾，与步骤S2得到的前驱体混合均匀，放入热处理炉，在还原气体气氛下，500～800℃保温0.5～6小时，冷却，即得K0.2WO3；S4、制备异质结构光催化剂K0.2MxWO3：按照K0.2MxWO3催化剂中M与前驱体中钨的摩尔比为x:1，称取相应量的M的碳酸盐，与步骤S3得到的K0.2MxWO3混合均匀，放入热处理炉，在还原气体气氛下，500～800℃保温0.5～6小时，冷却，即得K0.2MxWO3。进一步地，步骤S1中所述的钨酸盐为碱金属钨酸盐、仲钨酸铵或偏钨酸铵中的一种。进一步地，步骤S1中所述的有机酸为柠檬酸、酒石酸或草酸中的一种。进一步地，步骤S2中所述的球磨机为行星球磨机、搅拌磨、砂磨机或振动磨。进一步地，步骤S3和S4中还原气体为氢气、氮氢混合气、一氧化碳的一种。进一步地，步骤S4中所述的碳酸盐为碳酸锂或碳酸钠。由上述方法所制备的光热协同增强全光谱响应异质结构光催化剂，能大幅度提高光催化剂的催化效率，可应用于有机染料水污染的快速降解处理。有益效果：(1)本专利技术采用机械化学法合成三氧化钨前驱体，再按比例将前驱体与钾盐混合在还原气氛下退火得到钾钨青铜，再将其按比例与锂盐或钠盐混合退火制备得到一种新型的光热协同增强并具有全谱光响应范围的光催化剂，即K0.2MxWO3(M＝Li,Na)，钾钨青铜与M2W2O7(M＝Li,Na)复合形成了异质结构，大幅度提高光催化剂催化效率，在处理有机染料水污染方面具有广阔的应用前景。(2)本专利技术的制备方法，方法简单，制备方便，对设备要求低，无需分散剂，重复利用率高，绿色环保高效。附图说明图1为对比例、实施例1和实施例2样品的X射线衍射图谱。图2为对比例、实施例1和实施例2样品的扫描电镜照片。其中：图(a)为对比例样品，图(b)为实施例1样品，图(c)为实施例2样本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光热协同增强全光谱响应异质结构光催化剂，其特征在于：该催化剂的化学组成式为K

【技术特征摘要】
1.一种光热协同增强全光谱响应异质结构光催化剂，其特征在于：该催化剂的化学组成式为K0.2MxWO3，其中M＝Li或Na，0.3≤x≤0.4，并含有钾钨青铜K0.2WO3相、碱金属钨酸盐Li2W2O7相或Na2W2O7相构成的异质结构。


2.根据权利要求1所述的一种光热协同增强全光谱响应异质结构光催化剂，其特征在于：所述的K0.2WO3为JCPDSNo.83-1331；所述的Li2W2O7为JCPDSNo.73-0171；所述的Na2W2O7为JCPDSNo.70-0860。


3.根据权利要求1或2所述的一种光热协同增强全光谱响应异质结构光催化剂，其特征在于：该催化剂能够在紫外、可见和近红外光辐照下，光催化高效去除有机染料，并呈现光热协同增强效应。


4.如权利要求书1-3任一项所述的一种光热协同增强全光谱响应异质结构光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、计算与称量：根据设计制备K0.2MxWO3催化剂的摩尔数，称取含有同样摩尔数钨元素的钨酸盐，并按照钨酸盐中钨元素与有机酸中羧基的摩尔比为1:3，称取相应量的有机酸；
S2、制备三氧化钨前驱体：将步骤S1中称取的反应物装入球磨机中，球磨0.5-6小时后，取出球磨产物，经洗涤、固液分离和干燥，即得三氧化钨前驱体；
S3、制备钾钨青铜K0.2WO3：按照钾与前驱体中钨的摩尔比为1:5，称取相应量的碳酸钾，与步骤S2得到的前驱体混合均匀，放入热处理炉，在还原气体气氛下，500～800℃保温0.5～6小时，冷却，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟凡，王佳，尧牡丹，刘越，王立中，刘正，柳丽芸，徐强，谢欣宇，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：江西;36