一种表面组装线状银光催化剂的制备方法及其应用

摘要

本发明提供一种表面组装线状银光催化剂的制备方法及其应用，涉及新型催化剂领域。所述制备方法，包括如下步骤：将铜微米线、乌洛托品和聚乙烯吡咯烷酮依次加入水中，超声震荡，得到铜分散液；将硝酸银水溶液加入所述铜分散液中，进行置换反应；反应结束后，离心取沉淀，洗涤，干燥，焙烧，得到所述表面组装线状银催化剂。本发明制备方法简单易行，不需加热而节约能源。本发明制备的光催化剂，具有新颖的形貌，是在铜微米线表面组装而成的线状，具有较高的光催化活性，可以应用于降解有机污染物。

权利要求

1.一种表面组装线状银光催化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：将铜微米线、乌洛托品和聚乙烯吡咯烷酮依次加入水中，超声震荡，得到铜分散液；将硝酸银水溶液加入所述铜分散液中，进行置换反应；反应结束后，离心取沉淀，洗涤，干燥，焙烧，得到所述表面组装线状银光催化剂；所述铜微米线中的铜单质与硝酸银的摩尔比为1:1-3。

2.根据权利要求1所述表面组装线状银光催化剂的制备方法，其特征在于所述铜分散液中乌洛托品的浓度为0.02-0.04mol/L，聚乙烯吡咯烷酮的浓度为0.4-0.6mmol/L。

3.根据权利要求2所述表面组装线状银光催化剂的制备方法，其特征在于所述干燥温度为50-70℃，干燥时间1-5h。

4.根据权利要求3所述表面组装线状银光催化剂的制备方法，其特征在于所述焙烧温度为400-500℃，焙烧时间1-3h。

5.一种权利要求1-4之一所述方法制备的表面组装线状银光催化剂。

6.权利要求5所述表面组装线状银光催化剂在降解有机污染物方面的应用。

说明书

一种表面组装线状银光催化剂的制备方法及其应用

技术领域

[0001] 本发明涉及新型催化剂领域，具体一种表面组装线状银催化剂的制备方法及其应用。

背景技术

[0002] 光催化的研究中，1972年，日本科学家Fujishima等发现TiO2单晶电级可以实现光催化分解水（Fujishima,1972），后来又发现纳米TiO2具有光催化降解有机物的能力，并且具有较高的稳定性、无毒无污染等突出的优点，在光催化领域得到广泛而深入的研究。但是二氧化钛仅对紫外线响应，为了更大限度地利用阳光中43%的可见光，人们期待能开发出更高效的可见光响应型光催化剂。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种表面组装线状银光催化剂的制备方法，该方法简单易行、利于商业化生产。

[0004] 本发明的另一目的是提供上述方法制备的表面组装线状银光催化剂，在可见光下具有较高的光催化活性。

[0005] 本发明的再一目的是提供上述表面组装线状银光催化剂在有机污染物降解方面的应用。

[0006] 一种表面组装线状银光催化剂的制备方法，包括如下步骤：将铜微米线、乌洛托品和聚乙烯吡咯烷酮依次加入水中，超声震荡，得到铜分散液；将硝酸银水溶液加入所述铜分散液中，进行置换反应；反应结束后，离心取沉淀，洗涤，干燥，焙烧，得到所述表面组装线状银催化剂。

[0007] 铜微米线中的铜单质与硝酸银的摩尔比优选为1:1-3。所述铜分散液中乌洛托品的浓度优选为0.02-0.04mol/L，聚乙烯吡咯烷酮的浓度优选为0.4-0.6mmol/L。所述干燥温度优选为50-70℃，干燥时间优选为1-5h。所述焙烧温度优选为400-500℃，焙烧时间优选为1-3h。

[0008] 本发明还提供所述方法制备的表面组装线状银光催化剂及其在降解有机污染物方面的应用。

[0009] 在室温下，以水为溶剂，在搅拌条件下，依次加入铜微米线，乌洛托品，聚乙烯吡咯烷酮和硝酸银溶液，制备出了在铜微米线表面组装的线状银光催化剂。本发明的反应是在室温（10℃-20℃）条件下进行，反应时间仅仅为1s-60s，反应结束时溶液由澄清透明变为黑灰色，所以可以根据溶液颜色变化来判断反应是否结束。本发明制备方法简单易行，不需加热而节约能源。因此，本发明的制备方法有利于大批量制备，且制备出的催化剂具有很高的催化活性。

[0010] 本发明制备的光催化剂，具有新颖的形貌，是在铜微米线表面组装而成的线状，在可见光下可高效催化过氧化氢的分解，从而大大加快过氧化氢催化有机污染物的氧化分解速率。

附图说明

[0011] 图1是材料1放大500倍的电子显微镜（SEM）形貌图。

[0012] 图2是材料1放大7000倍的电子显微镜（SEM）形貌图。

[0013] 图3是材料1放大3200倍的电子显微镜（SEM）形貌图。

[0014] 图4是材料1的X射线电子衍射图像（XRD）。

[0015] 图5是材料1催化罗丹明B降解的曲线图，其中A为材料1，B为体相银，C0为罗丹眀B的初始浓度，C为材料1催化降解罗丹明B一段时间后测量的罗丹眀B浓度值，t为时间。

具体实施方式

[0016] 本发明的室温为10℃-20℃。

[0017] 本发明中的铜微米线是指微米级长度的铜线，其制备方法同申请号为201310505999.0（公开日为2014年1月8日）的发明专利申请中正五棱柱状铜微米线。

[0018] 实施例1

[0019] 室温下，取30mL的水，倒入烧杯中，在搅拌条件下加入0.05g的铜微米线（铜单质的摩尔数为0.7874mmol），再加入0.1575g（1.092mmol）乌洛托品、0.8g（0.016mmol）聚乙烯吡咯烷酮（K-30，国药集团化学试剂有限公司），超声波震荡使单质铜均匀的分散在体系中，得到铜分散液。

[0020] 将10ml质量百分浓度为3.08%的硝酸银水溶液（0.1872mol/L）一次性倒入铜分散液中，进行置换反应，反应温度为10℃。待溶液变为黑灰色时反应结束，离心取沉淀、洗涤，在50℃条件下干燥5h，然后450℃焙烧2h得到材料1。从材料1的X射线电子衍射图像（图4）可以看出，材料1为纯相的银单质。从材料1的电子显微镜（SEM）形貌图（图1、2和3）可以看出，在铜微米线的表面组装了线状银单质。

[0021] 实施例2

[0022] 室温下，取30mL的水，倒入烧杯中，在搅拌条件下加入0.0396g的铜微米线（铜单质的摩尔数为0.6236mmol），再加入0.1731g（0.0012mol）乌洛托品、0.9g（0.018mmol）聚乙烯吡咯烷酮（K-30，国药集团化学试剂有限公司），超声波震荡使单质铜均匀的分散在体系中，得到铜分散液。

[0023] 将10ml质量百分浓度为3.08%的硝酸银溶液（0.1872mol/L）一次性倒入铜分散液中，进行置换反应，反应温度为15℃。待溶液变为黑灰色时反应结束，离心取沉淀、洗涤，在70℃条件下干燥时间1h烘干，然后500℃焙烧1h得到材料2。从材料2的X射线电子衍射图像（XRD）可以看出，材料2为纯相的银单质。从材料2的电子显微镜（SEM）形貌图可以看出，在铜微米线的表面组装了线状银单质。

[0024] 实施例3

[0025] 室温下，取30mL的水，倒入烧杯中，在搅拌条件下加入0.1189g的铜微米线（铜单质的摩尔数为1.87mmol），再加入0.0865g（0.5998mmol）乌洛托品、0.6g（0.012mmol）聚乙烯吡咯烷酮（K-30），超声波震荡使单质铜均匀的分散在体系中，得到铜分散液。

[0026] 将10ml质量百分浓度为3.08%的硝酸银溶液（0.1872mol/L）一次性倒入铜分散液中，进行置换反应，反应温度为20℃。待溶液变为黑灰色时反应结束，离心取沉淀、洗涤，在60℃条件下干燥时间3h烘干，400℃焙烧3h得到材料3。从材料3的X射线电子衍射图像（XRD）可以看出，材料3为纯相的银单质。从材料3的电子显微镜（SEM）形貌图可以看出，在铜微米线的表面组装了线状银单质。

[0027] 实施例4应用效果

[0028] 光催化实验中，被降解有机物的吸收光谱使用紫外-可见分光光度计测量。根据Lambert–Beer定律，根据有机物特征吸收峰强度的变化，可以定量计算其浓度变化。因为罗丹眀B在553 nm处有一个特征吸收峰，所以可以利用吸光度的变化来衡量溶液中罗丹眀B的浓度变化，绘制C/C0对于时间的曲线，以表征光催化剂的催化活性。

[0029] 具体对比实验如下：将实施例1制备的材料1和体相银（商用银丝，购自西安西电光缆有限责任公司）作为光催化剂分别做降解罗丹明B实验。将0.1g材料1或体相银加入40mL罗丹明B溶液中（10mg/L），然后加入10ml质量百分浓度为30%的过氧化氢水溶液，加水至200ml，在可见光（大于420nm）下进行光催化反应，每隔几分钟取反应液，离心分离后，取上层清液，用分光光度计检测，根据检测结果，制出催化罗丹明B降解的曲线图（图5）。从图5可以看出，与体相银相比，实施例1制备的材料1作为光催化剂，在可见光下可高效催化过氧化氢的分解，从而大大加快过氧化氢催化罗丹明B有机污染物的氧化分解速率。