CN106031875A - 一种具有可见光光催化氧化和光催化还原能力的AgInS2纳米花及制备和应用 - Google Patents
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Abstract
一种具有可见光光催化氧化和光催化还原能力的AgInS2纳米花，其是由等摩尔质量比的AgNO3与InCl3及过量的硫脲，经水热反应获得的微观结构为花朵型砖红色纳米级三元金属硫化物。该AgInS2纳米花应用在催化降解污染物上。本发明的AgInS2纳米花，具有较小的禁带宽度，同时由于其微观结构呈花朵型，使得制备的材料具有较大的比表面积，吸附能力强；对光催化氧化降解有机污染物及光催化还原无机污染物能力有很大的提高，具有更好的可见光吸收性能；工艺比较简单，易于操作，同时又可应用于工业生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于治理环境污染的半导体光催化剂。
背景技术
能源危机和环境问题已是人类必须要面临的两个严峻问题，如何有效的控制和治理各种化学污染物对环境的污染是环境综合治理中的重点。近些年，作为高级氧化技术之一的半导体光催化氧化技术，正受到国内外学者的广泛研究，这种技术可以以太阳能作为能源来降解环境中的污染物，有效的利用太阳能，降低人们的能源利用。
半导体光催化氧化技术始于日本科学家Fujishima和Honda发现受光辐照的TiO2单晶电极可以将H2O分解，利用TiO2半导体光催化剂将光能转化为电能和化学能就成为半导体光催化领域的研究热点。然而，锐钛矿型TiO2的禁带宽度为3.2eV，其激发波长为387.5nm，属于太阳光中的紫外光范围。而对于太阳能，其主要能量集中于400～600nm的可见光范围，这大大减少了TiO2半导体光催化剂的效率，因此，开发出对可见光响应的新型的半导体材料是半导体光催化剂研究的重点内容之一。
在众多的新开发的半导体光催化剂中，研究者开发了二元金属硫化物，发现该类催化剂具有较小的禁带宽度，能充分的利用太阳光，是一类有前景的光催化剂。但是随着研究的深入，大多数的二元硫化物出现稳定性差，易光腐蚀，限制了其发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有可见光响应的稳定性较好的具有可见光光催化氧化和光催化还原能力的AgInS2纳米花及制备和应用。本发明通过改进制备方法，合成了新型半导体光催化剂AgInS2纳米花，该AgInS2纳米花有效地提高了对有机污染物的光催化氧化能力和还原水体中Cr6+的能力。
一、本发明的具有可见光光催化氧化和光催化还原能力的AgInS2纳米花，以下简称AgInS2纳米花，其是由等摩尔质量比的AgNO3与InCl3及过量的硫脲，经水热反应获得的微观结构为花朵型砖红色纳米级三元金属硫化物。
二、上述AgInS2纳米花的制备方法有如下步骤：
1、将AgNO3与InCl3按摩尔质量比1：1混匀，然后加入过量硫脲，硫脲与AgNO3的摩尔质量比为2.5：1，在水或乙醇溶剂中混合，AgNO3与水或乙醇溶剂的体积比为1：1920，搅拌至形成透明均匀溶液。
2、将步骤1获得的溶液转移至内衬聚四氟乙烯的高压釜中，在1.32～1.59atm、120～200℃温度下，水热反应6～48h，反应结束自然冷却至室温。
3、将步骤2获得的产物过滤，取沉淀物，用去离子水和无水乙醇洗涤，在80℃下干燥12h，即制得AgInS2纳米花。
三、本发明的AgInS2纳米花在催化降解污染物上的应用：将AgInS2纳米花与污染物按质量比10-50:1溶于置有污染物溶液中，超声分散30min，然后在黑暗中磁力搅拌30min。搅拌完毕先取2mL溶液在3000r/min下离心5min后测吸光度，然后以氙灯为光源进行照射，每20min取样一次进行离心，然后测吸光度，通过吸光度计算污染物的含量。所述的污染物为罗丹明B、K2Cr2O7、苯酚、丙酮等。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
①本发明的AgInS2纳米花，具有较小的禁带宽度，同时由于其微观结构呈花朵型，使得制备的材料具有较大的比表面积，有利于污染物的吸附降解。
②本发明与现有技术制备的传统催化剂二氧化钛相比，对光催化氧化降解有机污染物及光催化还原无机污染物能力有很大的提高，具有更好的可见光吸收性能。
③工艺比较简单，易于操作，同时又可应用于工业生产。
附图说明
图1为实施例1中的AgInS2纳米花放大倍数13000倍的扫描电镜图。
图2为实施例1中的AgInS2纳米花紫外-可见漫反射图。
图3为实施例1中的AgInS2纳米花与TiO2光催化降解罗丹明B效果对比图。
图4为实施例1中的AgInS2纳米花与TiO2光催化降解K2Cr2O7效果对比图。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例1
将0.2g AgNO3溶于96mL水中，形成AgNO3溶液；将0.22g InCl3加入到AgNO3溶液中混匀后，加入0.19g硫脲，搅拌30min，形成透明均匀溶液。将此溶液转移至内衬聚四氟乙烯的120mL高压釜中，加压至1.45atm，置于烘箱中在160℃下水热反应12h，自然冷却至室温。离心并收集底部砖红色沉淀物，先用去离子水洗涤然后用无水乙醇洗涤，在80℃下干燥12h，即制得AgInS2纳米花。从图1上可以清楚显示AgInS2纳米花，从图2上可以看出，在350-550nm可见光范围内AgInS2纳米花有较强的吸收能力。
实施例2
将0.2g AgNO3溶于96mL乙醇中，形成AgNO3溶液；将0.22g InCl3加入到AgNO3溶液中混匀后，加入0.19g硫脲，搅拌30min，形成透明均匀溶液。将此溶液转移至内衬聚四氟乙烯的120mL高压釜中，加压至1.40atm，置于烘箱中在160℃下水热反应12h，自然冷却至室温。离心并收集底部砖红色沉淀物，先用去离子水洗涤然后用无水乙醇洗涤，在80℃下干燥12h，即制得AgInS2纳米花。
实施例3
将0.2g AgNO3溶于96mL乙醇中，形成AgNO3溶液；将0.22g InCl3加入到AgNO3溶液中混匀后，加入0.19g硫脲，搅拌30min，形成透明均匀溶液。将此溶液转移至内衬聚四氟乙烯的120mL高压釜中，加压至1.32atm，置于烘箱中在120℃下水热反应48h，自然冷却至室温。离心并收集底部砖红色沉淀物，先用去离子水洗涤然后用无水乙醇洗涤，在80℃下干燥12h，即制得AgInS2纳米花。
实施例4
将0.2g AgNO3溶于96mL乙醇中，形成AgNO3溶液；将0.22g InCl3加入到AgNO3溶液中混匀后，加入0.19g硫脲，搅拌30min，形成透明均匀溶液。将此溶液转移至内衬聚四氟乙烯的120mL高压釜中，加压至1.59atm，置于烘箱中在200℃下水热反应6h，自然冷却至室温。离心并收集底部砖红色沉淀物，先用去离子水洗涤然后用无水乙醇洗涤，在80℃下干燥12h，即制得AgInS2纳米花。
应用例1
将实施例1中的0.04g AgInS2纳米花溶于置有80mL罗丹明B(10mg/L)烧杯中，超声分散30min，然后在黑暗中磁力搅拌30min。搅拌完毕先取2mL溶液在3000r/min下离心5min后测吸光度。然后以氙灯为光源进行照射，每20min取样一次进行离心，然后测吸光度，通过吸光度计算罗丹明B的去除率。
对比例1
购买商业光催化TiO2(商品代号P25，北京博宇高科新材料技术有限公司产品，公司地址北京市昌平区鼓楼东街33号)，未经过任何处理，直接用于光催化反应。
将对比例1得到的0.04g TiO2溶于置有80mL罗丹明B(10mg/L)烧杯中，超声分散30min，然后在黑暗中磁力搅拌30min。搅拌完毕先取2mL溶液在3000r/min下离心5min后测吸光度。然后以氙灯为光源进行照射，每20min取样一次进行离心，然后测吸光度，通过吸光度计算罗丹明B的去除率。
实验结果见图3所示，在可见光条件下，AgInS2纳米花作为催化剂时，经过1h降解，罗丹明B去除率为87.5％，TiO2作为催化剂时，罗丹明B去除率为28.3％，因此，AgInS2纳米花作为光催化剂，在可见光条件下，具有较强的催化氧化活性。
应用例2
将实施例1中的0.04g AgInS2纳米花溶于置有80mL K2Cr2O7(50mg/L)烧杯中，超声分散30min，然后在黑暗中磁力搅拌30min。搅拌完毕先取20mL溶液在3000r/min下离心5min后测吸光度。然后以氙灯为光源进行照射，每20min取样一次进行离心，然后测吸光度，通过吸光度计算Cr6+的还原。
对比例2
购买商业光催化TiO2(商品代号P25，北京博宇高科新材料技术有限公司产品，公司地址北京市昌平区鼓楼东街33号)，未经过任何处理，直接用于光催化反应。
将对比例1得到的0.04g TiO2溶于置有80mL K2Cr2O7(50mg/L)烧杯中，超声分散30min，然后在黑暗中磁力搅拌30min。搅拌完毕先取20mL溶液在3000r/min下离心5min后测吸光度。然后以氙灯为光源进行照射，每20min取样一次进行离心，然后测吸光度，通过吸光度计算Cr6+的还原。
实验结果见图4所示，在可见光条件下，AgInS2纳米花作为催化剂时，经过1h降解，K2Cr2O7还原率为71.2％，TiO2作为催化剂时，K2Cr2O7还原率为0.4％，因此，AgInS2纳米花作为光催化剂，在可见光条件下，也具有较强的还原能力。
Claims (4)
1.一种具有可见光光催化氧化和光催化还原能力的AgInS2纳米花，其特征在于：其是由等摩尔质量比的AgNO3与InCl3及过量的硫脲，经水热反应获得的微观结构为花朵型砖红色纳米级三元金属硫化物。
2.权利要求1的具有可见光光催化氧化和光催化还原能力的AgInS2纳米花制备方法，其特征在于：
1)将AgNO3与InCl3按摩尔质量比1：1混匀，然后加入过量硫脲，硫脲与AgNO3的摩尔质量比为2.5：1，在水或乙醇溶剂中混合，AgNO3与水或乙醇溶剂的体积比为1：1920，搅拌至形成透明均匀溶液；
2)将步骤1获得的溶液转移至内衬聚四氟乙烯的高压釜中，在1.32～1.59atm、120～200℃温度下，水热反应6～48h，反应结束自然冷却至室温；
3)将步骤2获得的产物过滤，取沉淀物，用去离子水和无水乙醇洗涤，在80℃下干燥12h，即制得AgInS2纳米花。
3.权利要求1的具有可见光光催化氧化和光催化还原能力的AgInS2纳米花，其特征在于：该AgInS2纳米花作为催化降解污染物上的应用。
4.根据权利要求3所述的具有可见光光催化氧化和光催化还原能力的AgInS2纳米花，其特征在于：将AgInS2纳米花与污染物按质量比10-50:1溶于置有污染物溶液中，超声分散30min，然后在黑暗中磁力搅拌30min，搅拌完毕先取2mL溶液在3000r/min下离心5min后测吸光度，然后以氙灯为光源进行照射，每20min取样一次进行离心，然后测吸光度，通过吸光度计算污染物的含量。
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