一種Ag/AgBr/Ga₂O₃異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于光催化材料研發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及利用一種Ag/AgBr/Ga2O3異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化材料及其制備方法。一種Ag/AgBr/Ga2O3異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化材料，是由Ga2O3、AgNO3和NaBr制備而成，所述的Ga2O3、AgNO3和NaBr的摩爾比為n(Ga2O3)：n(AgNO3)：n(NaBr)＝1：2：2。本發(fā)明的Ag/AgBr/Ga2O3光催化材料顯著改善了光生載流子的分離，大大提高了材料的光催化性能，在254nm的紫外光照射下，以Ag/AgBr/Ga2O3為光催化劑降解甲基橙，30min降解率達(dá)89％；而以Ag/AgBr和Ga2O3為催化劑，60min降解率分別為74％和48％；本發(fā)明的Ag/AgBr/Ga2O3光催化材料的制備方法在室溫常壓下即可完成實(shí)施，成本低、操作簡便，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】
一種Ag/AgBr/Ga2〇3異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于光催化材料研發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及利用一種Ag/AgBr/Ga203異質(zhì)結(jié)構(gòu) 光催化材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平不斷提高，健康意識也不斷加強(qiáng)，最求健康的生存 環(huán)境已成為人們的目標(biāo)。過去，污水處理的常見方法是投加絮凝劑，但該方法存在投加量 多、反應(yīng)時(shí)間長、處理效果差等問題，使得清潔高效、無二次污染的光催化技術(shù)受到越來越 多的關(guān)注。基于半導(dǎo)體的光催化技術(shù)以其可在室溫下反應(yīng)、能將大部分有機(jī)污染物徹底礦 化為二氧化碳和水、清潔環(huán)保、效率高等特性，被認(rèn)為是一種理想的環(huán)境污染治理技術(shù)，常 用的光催化劑是Ti0 2。氧化鎵(Ga203)是一種新型的寬禁帶半導(dǎo)體光催化劑(Eg = 4.8eV)，其 導(dǎo)帶電位比Ti02導(dǎo)帶電位低，而其價(jià)帶電位比Ti02價(jià)帶電位高，因此，理論上Ga 203的還原和 氧化性能均優(yōu)于Ti02,在光催化技術(shù)中更適于難降解有機(jī)污染物的處理。然而，寬帶隙和較 高的光生載流子復(fù)合率限制了 Ga203的光催化活性。為解決這些問題，可通過與窄帶隙的半 島體復(fù)合，有助于Ga 203光生電子向窄帶隙半導(dǎo)體的導(dǎo)帶轉(zhuǎn)移，避免了電子-空穴對的復(fù)合， 從而改善光量子效率，提高Ga 203的光催化活性。
[0003] 近年來，溴化銀(AgBr)作為一種新興的光催化材料受到人們的廣泛關(guān)注，其禁帶 寬度為2.7eV，能夠被可見光激發(fā)出電子-空穴對，是寬帶隙材料的有利復(fù)合型催化劑。AgBr 的光敏性能使其穩(wěn)定性能較差，在光照下其表面的Ag+會(huì)被光生電子還原為Ag單質(zhì)，形成 Ag/AgBr，從而改善其穩(wěn)定性能。由于Ag的費(fèi)米能級低于AgBr的導(dǎo)帶電位，因此AgBr表面的 光生電子能轉(zhuǎn)移到Ag單質(zhì)的表面，從而提高AgBr光生電子和空穴的分離效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)中氧化鎵載流子復(fù)合率高的問題，本發(fā)明提供一種成本低廉的 高效Ag/AgBr/Ga2〇3異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化材料及其制備方法。本發(fā)明的Ag/AgBr/Ga2〇3異質(zhì)結(jié)構(gòu) 光催化材料可顯著改善氧化鎵載流子的分離，提高材料的光催化性能;其制備過程簡單，操 作容易，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0006] 一種Ag/AgBr/Ga2〇3異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化材料，是由Ga2〇3、AgN〇3和NaBr制備而成，所述 的Ga2〇 3、AgN03 和NaBr 的摩爾比為n (Ga2〇3): n (AgN03): n (NaBr) = 1:2:2 〇
[0007] 本發(fā)明還提供了所述的Ag/AgBr/Ga203異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化材料的制備方法，包括以下 步驟：
[0008] (1)將Ga2〇3粉末加入到50mL的銀源前驅(qū)物中，超聲，使Ga2〇3粉末均勻分散在銀源 前驅(qū)物中，待超聲完畢后，再磁力攪拌10_30min，得到混合溶液；
[0009] (2)稱取NaBr，將其溶解于50mL去離子水中，得到NaBr溶液;邊攪拌邊將NaBr溶液 滴加到步驟(1)中所得的混合溶液中，滴加完畢后，磁力攪拌，即可得到AgBr/Ga203異質(zhì)結(jié)構(gòu) 光催化劑；
[0010] ⑶將AgBr/Ga2〇3異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化劑溶解到50mL去離子水中，通入N2曝氣20-30min 以去除水中溶解氧，氣流量為40mL/min，用紫外燈對其進(jìn)行光還原處理，使其界面原位形成 Ag納米粒子，即得到Ag/AgBr/Ga2〇3異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化材料。
[0011 ] 作為優(yōu)選，步驟(1)中所述的銀源前驅(qū)物為AgN03溶液，其濃度為0. lmol/L。
[0012] 作為優(yōu)選，步驟(1)中Ga2〇3的量按比例n(Ga2〇3) :n(AgBr) = l :2計(jì)算。
[0013] 作為優(yōu)選，步驟(1)中超聲的時(shí)間為20-30min。
[0014]作為優(yōu)選，步驟(2)中NaBr的量為n(NaBr) :n(AgN〇3) = 1:1。
[0015]作為優(yōu)選，步驟(2)中磁力攪拌的時(shí)間為l_2h。
[0016]作為優(yōu)選，步驟(2)中的操作需在避光下進(jìn)行。
[00?7]作為優(yōu)選，步驟(3)中所述的紫外燈的波長254nm。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0019] 1.本發(fā)明的Ag/AgBr/Ga2〇3光催化材料顯著改善了光生載流子的分離，大大提高了 材料的光催化性能，在254nm的紫外光照射下，以Ag/AgBr/Ga2〇3為光催化劑降解甲基橙， 30min降解率達(dá)89% ;而以Ag/AgBr和Ga2〇3為催化劑，60min降解率分別為74%和48%。
[0020] 2.本發(fā)明的Ag/AgBr/Ga2〇3光催化材料的制備方法在室溫常壓下即可完成實(shí)施，成 本低、操作簡便，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0021 ]圖1是本發(fā)明的Ag/AgBr/Ga2〇3光催化材料產(chǎn)品的場發(fā)射掃描電子顯微鏡圖；
[0022]圖2是本發(fā)明的Ag/AgBr/Ga2〇3光催化材料產(chǎn)品的X-射線衍射圖；
[0023]圖3是本發(fā)明的Ag/AgBr/Ga2〇3光催化材料產(chǎn)品的紫外-可見漫反射圖；
[0024]圖4是本發(fā)明的Ag/AgBr/Ga203光催化材料產(chǎn)品的光催化降解甲基橙的光催化活性 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。在不背離本發(fā)明精神 和本質(zhì)的情況下，對本發(fā)明方法、步驟或條件所作的修改或替換，均屬于本發(fā)明的范圍。
[0026] 實(shí)施例1:
[0027] 一種Ag/AgBr/Ga2〇3異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化材料，是由Ga2〇3、AgN〇3和NaBr制備而成，所述 的Ga 2〇3、AgN03 和NaBr 的摩爾比為n (Ga2〇3): n (AgN03): n (NaBr) = 1:2:2 〇
[0028]所述的Ag/AgBr/Ga2〇3異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化材料的制備方法，包括以下步驟：
[0029] (1)將Ga203粉末加入到50mL的銀源前驅(qū)物中，超聲，使Ga20 3粉末均勻分散在銀源 前驅(qū)物中，待超聲完畢后，再磁力攪拌l〇min，得到混合溶液;所述的銀源前驅(qū)物為AgN03溶 液，其濃度為〇 . lmol/L;Ga2〇3的量按比例n(Ga2〇3) :n(AgBr) = 1: 2計(jì)算；超聲的時(shí)間為 20min；
[0030] (2)稱取NaBr，將其溶解于50mL去離子水中，得到NaBr溶液;邊攪拌邊將NaBr溶液 滴加到步驟（1)中所得的混合溶液中，滴加完畢后，磁力攪拌，即可得到AgBr/Ga 2〇3異質(zhì)結(jié)構(gòu) 光催化劑;NaBr的量為n(NaBr) :n(AgN〇3) = 1:1;磁力攪拌的時(shí)間為lh;該步驟中的操作需 在避光下進(jìn)行；
[0031] (3)將AgBr/Ga2〇3異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化劑溶解到50mL去離子水中，通入N2曝氣20min以 去除水中溶解氧，氣流量為40mL/min，用紫外燈對其進(jìn)行光還原處理，使其界面原位形成Ag 納米粒子，即得到Ag/AgBr/Ga2〇3異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化材料;所述的紫外燈的波長254nm。
[0032] 實(shí)施例2:
[0033] 一種Ag/AgBr/Ga2〇3異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化材料，是由Ga2〇3、AgN〇3和NaBr制備而成，所述 的Ga 2〇3、AgN03 和NaBr 的摩爾比為n (Ga2〇3): n (AgN03): n (NaBr) = 1:2:2 〇
[0034]所述的Ag/AgBr/Ga2〇3異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化材料的制備方法，包括以下步驟：
[0035] (1)將Ga203粉末加入到50mL的銀源前驅(qū)物中，超聲，使Ga20 3粉末均勻分散在銀源 前驅(qū)物中，待超聲完畢后，再磁力攪拌30min，得到混合溶液;所述的銀源前驅(qū)物為AgN03溶 液，其濃度為〇 . lmol/L;Ga2〇3的量按比例n(Ga2〇3) :n(AgBr) = 1: 2計(jì)算；超聲的時(shí)間為 30min；
[0036] (2)稱取NaBr，將其溶解于50mL去離子水中，得到NaBr溶液;邊攪拌邊將NaBr溶液 滴加到步驟（1)中所得的混合溶液中，滴加完畢后，磁力攪拌，即可得到AgBr/Ga2〇3異質(zhì)結(jié)構(gòu) 光催化劑;NaBr的量為n(NaBr) :n(AgN〇3) = 1:1;磁力攪拌的時(shí)間為2h;該步驟中的操作需 在避光下進(jìn)行；
[0037] (3)將AgBr/Ga2〇3異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化劑溶解到50mL去離子水中，通入N2曝氣30min以 去除水中溶解氧，氣流量為40mL/min，用紫外燈對其進(jìn)行光還原處理，使其界面原位形成Ag 納米粒子，即得到Ag/AgBr/Ga2〇3異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化材料;所述的紫外燈的波長254nm。
[0038] 實(shí)施例3:
[0039] 一種Ag/AgBr/Ga2〇3異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化材料，是由Ga2〇3、AgN〇3和NaBr制備而成，所述 的Ga 2〇3、AgN03 和NaBr 的摩爾比為n (Ga2〇3): n (AgN03): n (NaBr) = 1:2:2 〇
[0040] 所述的Ag/AgBr/Ga2〇3異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化材料的制備方法，包括以下步驟：
[00411 (1)將Ga203粉末加入到50mL的銀源前驅(qū)物中，超聲，使Ga20 3粉末均勻分散在銀源 前驅(qū)物中，待超聲完畢后，再磁力攪拌20min，得到混合溶液;所述的銀源前驅(qū)物為AgN03溶 液，其濃度為0 . lmol/L;Ga203的量按比例n(Ga203) :n(AgBr) = 1: 2計(jì)算；超聲的時(shí)間為 25min；
[0042] (2)稱取NaBr，將其溶解于50mL去離子水中，得到NaBr溶液;邊攪拌邊將NaBr溶液 滴加到步驟（1)中所得的混合溶液中，滴加完畢后，磁力攪拌，即可得到AgBr/Ga2〇3異質(zhì)結(jié)構(gòu) 光催化劑;似131'的量為11(似131'):11(48勵(lì)3) = 1:1;磁力攪拌的時(shí)間為1.511;該步驟中的操作 需在避光下進(jìn)行；
[0043] (3)將AgBr/Ga2〇3異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化劑溶解到50mL去離子水中，通入N2曝氣25min以 去除水中溶解氧，氣流量為40mL/min，用紫外燈對其進(jìn)行光還原處理，使其界面原位形成Ag 納米粒子，即得到Ag/AgBr/Ga2〇3異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化材料;所述的紫外燈的波長254nm。
[0044]使用上述實(shí)施例1-3得到的Ag/AgBr/Ga2〇3光催化材料在254nm的紫外光照射下，以 Ag/AgBr/Ga2〇3為光催化劑降解甲基橙，對其降解能力進(jìn)行分析，結(jié)果表1所示。
[0045]表1本發(fā)明的Ag/AgBr/Ga203光催化材料的性能分析

[0047]注:對照1采用的光催化劑為Ag-AgBr;對照2采用的光催化劑為Ga203。
[0048]由表1、圖4可知，本發(fā)明實(shí)施例1-3中所述的Ag/AgBr/Ga2〇3為光催化劑降解甲基 橙，30min降解率達(dá)89%以上，60min降解率達(dá)94%以上；而對照1中30min降解率達(dá)65%， 60min降解率達(dá)74%;對照2中30min降解率達(dá)32%以上，6〇11^11降解率達(dá)48%。
[0049]綜上所述，本發(fā)明提供的Ag/AgBr/Ga203光催化材料顯著改善了光生載流子的分 離，大大提高了材料的光催化性能;本發(fā)明的Ag/AgBr/Ga2〇3光催化材料的制備方法在室溫 常壓下即可完成實(shí)施，成本低、操作簡便，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種Ag/AgBr/Ga2〇3異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化材料，是由Ga2〇3、AgN〇3和NaBr制備而成，其特征 在于，所述的Ga 2〇3、AgN03和NaBr的摩爾比為n(Ga2〇 3):n(AgN03):n(NaBr) = 1:2:2。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ag/AgBr/Ga2〇3異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化材料的制備方法，其特征在于， 包括以下步驟： (1) 將Ga2〇3粉末加入到50mL的銀源前驅(qū)物中，超聲，使Ga2〇 3粉末均勻分散在銀源前驅(qū)物 中，待超聲完畢后，再磁力攪拌10_30min，得到混合溶液； (2) 稱取NaBr，將其溶解于50mL去離子水中，得到NaBr溶液;邊攪拌邊將NaBr溶液滴加 到步驟(1)中所得的混合溶液中，滴加完畢后，磁力攪拌，即可得到AgBr/Ga 2〇3異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催 化劑； (3) 將AgBr/Ga2〇3異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化劑溶解到50mL去離子水中，通入N2曝氣20-30min以去 除水中溶解氧，氣流量為40mL/min，用紫外燈對其進(jìn)行光還原處理，使其界面原位形成Ag納 米粒子，即得到Ag/AgBr/Ga2〇3異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化材料。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的Ag/AgBr/Ga2〇3異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化材料的制備方法，其特征在于， 步驟(1)中所述的銀源前驅(qū)物為AgN0 3溶液，其濃度為0. lmol/L。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的Ag/AgBr/Ga2〇3異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化材料的制備方法，其特征在于， 步驟(1)中Ga2〇3的量按比例n(Ga2〇3) :n(AgBr) = l :2計(jì)算。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的Ag/AgBr/Ga2〇3異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化材料的制備方法，其特征在于， 步驟(1)中超聲的時(shí)間為20_30min。6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的Ag/AgBr/Ga2〇3異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化材料的制備方法，其特征在于， 步驟（2)中NaBr的量為n(NaBr) :n(AgN〇3) = 1:1。7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的Ag/AgBr/Ga2〇3異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化材料的制備方法，其特征在于， 步驟(2)中磁力攪拌的時(shí)間為1-2h。8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的Ag/AgBr/Ga2〇3異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化材料的制備方法，其特征在于， 步驟(2)中的操作需在避光下進(jìn)行。9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的Ag/AgBr/Ga2〇3異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化材料的制備方法，其特征在于， 步驟(3)中所述的紫外燈的波長254nm〇
【文檔編號】B01J27/125GK106076373SQ201610442112
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月20日
【發(fā)明人】喻澤斌, 劉晴, 胡曉, 李明潔
【申請人】廣西大學(xué)