磷酸银/双钙钛矿纳米花结构复合光催化材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种磷酸银/双钙钛矿纳米花结构复合光催化材料及其制备方法和应用。本发明专利技术的复合光催化材料以立方体晶体磷酸银为基底，将片状无机无铅双钙钛矿晶体分散穿插在立方体表面，最终经过两个晶体组装后形成纳米花形结构复合纳米光催化材料。本发明专利技术的复合光催化材料能够增强磷酸银的光稳定性，防止光腐蚀，具有强界面效应和引导电子

【技术实现步骤摘要】
磷酸银/双钙钛矿纳米花结构复合光催化材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于环境功能材料领域，具体涉及一种磷酸银/双钙钛矿纳米花结构复合光催化材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]环境友好型可持续发展是未来的趋势，因而对现存环境的恢复提出了更高的要求。目前，半导体光催化已经成功地实现了有机污染物的分解和“太阳能”的利用。光催化剂的光催化效率和光稳定性协同效应是发展光催化技术实际应用的关键。
[0003]在目前已知的光催化材料中，已开发出许多具有合适带隙和氧化还原能力的光催化剂。窄带隙半导体是目前最理想的光催化材料。窄带隙半导体的代表材料是具有较高量子效率的磷酸银，为了克服吸收波长区域小，光腐蚀严重和还原电位不足等缺陷，已经广泛研究了各种模式的以磷酸银为基底的催化剂，包括构成异质结，利用表面等离子共振效应等方式对磷酸银改进。然而，这些研究中，能够做到同时提高三种性能的只有量子点敏化。磷酸银可以和氧化型无极无铅钙钛矿量子点构成高氧化还原性能，广谱性和量子利用率高的光催化剂从而能够在降解污染物的同时做到氢气的制备。在处理实际环境问题具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种磷酸银/双钙钛矿纳米花结构复合光催化材料及其制备方法和应用，所述材料电子
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空穴分离及转移效率高、光催化活性高、稳定性好、易回收，所述制备方法工艺简单、操作方便、能耗低。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种磷酸银/双钙钛矿纳米花结构复合光催化材料，所述磷酸银/双钙钛矿复合光催化材料的纳米花结构通过在磷酸银基底上负载无机无铅双钙钛矿得到；所述磷酸银为立方晶体结构；所述无机无铅双钙钛矿为锋利片状结构无机无铅双钙钛矿。
[0007]无机无铅双钙钛矿无机无铅双钙钛矿进一步地，所述磷酸银/双钙钛矿纳米花结构复合光催化材料中，磷酸银的质量百分含量为3.8％～6.0％；无机无铅双钙钛矿与磷酸银的质量比为0.1～0.6。
[0008]进一步地，所述磷酸银/双钙钛矿复合纳米光催化材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)将溴化铯、溴化银、溴化铋与二甲基甲酰胺溶液混合，在搅拌条件下加热，得到溶液A；
[0010](2)将正辛胺加入到步骤(1)得到的溶液A中，搅拌，冷却后得到溶液B；
[0011](3)将步骤(2)得到的溶液B注射入正辛烷与油酸的混合物中，得到亮橘黄色胶体溶液C；
[0012](4)将步骤(3)得到的胶体溶液C装入旋转蒸发装置，真空条件下50～70℃加热2～4h后自然冷却到室温，待装置底部析出橘色沉淀后，洗涤，干燥，得到片状无机无铅双钙钛矿固体粉末；
[0013](5)将步骤(4)制得的无机无铅双钙钛矿与十二水合磷酸钠、硝酸银和去离子水混合，搅拌均匀，得到混合溶液D；
[0014](6)将步骤(5)得到的溶液D进行水热反应，离心，洗涤，干燥，得到磷酸银/双钙钛矿复合光催化材料。
[0015]进一步地，步骤(1)中，溴化铯、溴化银、溴化铋的摩尔比为2.5～3.5：1.5～2.5： 1.5～2.5，优选3：2：2；搅拌的速度为1000r/min～3000r/min，加热温度为50～70 ℃，加热时间为30～60min。
[0016]进一步地，步骤(2)中，所述正辛胺与溴化铯的摩尔比为0.327～0.487： 2.5～3.5，搅拌的时间为15min～30min。
[0017]进一步地，步骤(3)中，溶液B、正辛烷与油酸的混合物的体积比为0.5～1.5： 8～12：1～3，优选1：10：2。
[0018]进一步地，步骤(4)中，旋转蒸发装置的真空度小于10Pa，转速为400r/min ～600r/min；干燥的温度为50～70℃，时间为6～10小时；所述洗涤利用乙醇反复清洗3～4次。
[0019]进一步地，步骤(5)中，无机无铅双钙钛矿与十二水合磷酸钠、硝酸银的摩尔比为0.8～1.2：1～3：5～7，优选1：2：6。
[0020]进一步地，步骤(6)中，水热反应的温度为110～130℃，离心的转速为 7000～8000r/min；洗涤利用乙醇反复清洗3～4次；干燥的时间为6～8h。
[0021]表征方法：将磷酸银/双钙钛矿纳米花结构复合纳米光催化材料利用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、比表面积测试、原子力显微镜等表征技术进行材料结构、形貌特征、表面化学元素和官能团测定。
[0022]上述方法得到的磷酸银/双钙钛矿纳米花结构复合纳米光催化材料应用于自由基的捕获，包括以下步骤：磷酸银/双钙钛矿复合纳米光催化材料与抗生素废水混合，在黑暗条件下进行搅拌，加入自由基捕获剂，达到吸附平衡后，装入恒温真空的光催化降解测试系统反应器中，在可见光照条件下进行污染物的光催化降解。
[0023]进一步地，所述磷酸银/双钙钛矿纳米花结构复合纳米光催化材料的添加量为每升抗生素废水溶液0.15～0.2g；所述抗生素混合物为盐酸四环素废水；所述盐酸四环素废水的浓度为15～20mg/L；所述溶液体积为80～100mL。
[0024]进一步地，所述自由基捕获剂为对苯醌、乙二胺四乙酸二钠和异丙醇等摩尔分别加入的混合物；所述对苯醌为超氧自由基捕获剂；所述乙二胺四乙酸二钠为空穴捕获剂；所述异丙醇为枪击自由基捕获剂。
[0025]进一步地，所述搅拌的转速为250～350r/min，时间为20～40min；可见光的波长为420～800nm；光催化降解过程的时间为40～80min，转速为300～900 r/min；恒温条件为25
±
1℃。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0027](1)磷酸银/双钙钛矿复合纳米光催化材料形成了一个纳米花形结构的复合材料，片状的无机无铅双钙钛矿具有锋利的晶体边缘，展现出了优异的光学特性；同时作为纳米
花形状的花瓣负载在立体磷酸银表面，增强了复合材料的比表面积；另外，双钙钛矿能够增强磷酸银(110)和(210)晶面的暴露强度，使得该晶面的光催化活性有效增强；使磷酸银/双钙钛矿复合纳米光催化材料同时具备高吸光度，高晶体质量和多反应位点。
[0028](2)本专利技术中，所制备的磷酸银/双钙钛矿复合纳米光催化材料成功地构建了具有高氧化还原电位的合适能带结构。双钙钛矿作为还原型半导体，导带位置在强的还原电位上；磷酸银作为氧化型半导体，价带位置具有强的氧化电位。并且所述的两个半导体同时具备强的界面效应，因此结合后形成了一个新的S 型异质结，该异质结使磷酸银/双钙钛矿复合纳米光催化材料具有强的电子传输能力，且能够高效利用导带和价带上的电子和空穴，并且具有强的氧化还原性能；同时能够加快电荷分离的同时进一步减少磷酸银光腐蚀问题，从而表现出更强的光稳定性，提供了一种新型高活性和稳定性复合光催化材料的基础理论。
[0029](3)磷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磷酸银/双钙钛矿纳米花结构复合光催化材料，其特征在于，所述磷酸银/双钙钛矿复合光催化材料的纳米花结构通过在磷酸银基底上负载无机无铅双钙钛矿得到；所述磷酸银为立方晶体结构；所述无机无铅双钙钛矿为锋利片状结构。2.根据权利要求1所述的磷酸银/双钙钛矿纳米花结构复合光催化材料，其特征在于，所述磷酸银/双钙钛矿纳米花结构复合光催化材料中，磷酸银的质量百分含量为3.8％～6.0％；无机无铅双钙钛矿与磷酸银的质量比为0.1～0.6。3.权利要求1或2所述的磷酸银/双钙钛矿纳米花结构复合光催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将溴化铯、溴化银、溴化铋与二甲基甲酰胺溶液混合，在搅拌条件下加热，得到溶液A；(2)将正辛胺加入到步骤(1)得到的溶液A中，搅拌，冷却后得到溶液B；(3)将步骤(2)得到的溶液B注射入正辛烷与油酸的混合物中，得到亮橘黄色胶体溶液C；(4)将步骤(3)得到的胶体溶液C装入旋转蒸发装置，真空条件下50～70℃加热2～4h后自然冷却到室温，待装置底部析出橘色沉淀后，洗涤，干燥，得到片状无机无铅双钙钛矿固体粉末；(5)将步骤(4)制得的无机无铅双钙钛矿与十二水合磷酸钠、硝酸银和去离子水混合，搅拌均匀，得到混合溶液D；(6)将步骤(5)得到的溶液D进行水热反应，离心，洗涤，干燥，得到磷酸银/双钙钛矿复合光催化材料。4.根据权利要求3所述的磷酸银/双钙钛矿纳米花结构复合光催化材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，溴化铯、溴化银、溴化铋的摩尔...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小明，陈卓，邹翠华，刘洁，邓婕，陈亮，
申请(专利权)人：湖南平安环保股份有限公司，
类型：发明
国别省市：