一种Z-Scheme AgBr/Ag8W4O16光催化剂的合成方法
阅读说明：本技术 一种Z-Scheme AgBr/Ag8W4O16光催化剂的合成方法 (Z-Scheme AgBr/Ag8W4O16Method for synthesizing photocatalyst ) 是由 刘孝恒 殷鸿飞 于 2019-08-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一步合成可见光响应的直接Z-Scheme AgBr/Ag_8W_4O_(16)光催化剂的方法。该光催化剂在微观上为纳米颗粒和微米棒构成的复合结构,在光催化降解罗丹明B方面表现出良好的催化活性。(The invention discloses a direct Z-Scheme AgBr/Ag for one-step synthesis of visible light response 8 W 4 O 16 a method of photocatalyst. The photocatalyst is a composite structure formed by nano particles and micron rods on the microcosmic aspect, and shows good catalytic activity in the aspect of photocatalytic degradation of rhodamine B.)
技术领域
本发明涉及Z-Scheme AgBr/Ag8W4O16光催化剂的合成方法，属于纳米材料制备领域。
背景技术
环境污染和能源短缺是当今世界的两大焦点问题，光催化技术是解决能源短缺和环境问题的理想技术，利用半导体光催化材料将太阳能转化为化学能，得到包括氢和碳氢化合物等有效益的产物，去除污染物和细菌等使得半导体光催化技术受到广泛关注。钨酸银(Ag2WO4)由于其禁带宽度较大,对紫外光有很强的响应，而对于可见光的响应较弱，而紫外光在太阳光谱仅占极低的比例(～5％)，这极大的限制了其对于太阳光谱的利用。为了提高Ag2WO4的光催化性能，Shijie Li等使用KBr作为Br源，通过离子交换法制备了Ag/AgBr/Ag2WO4光催化剂用于RhB和盐酸四环素降解，表现出比纯Ag2WO4高效的光催化性能[ShijieLi,et al.(2018).“Construction of a novel ternary Ag/AgBr/Ag2WO4composite forefficient photocatalytic removal of Rhodamine B dye and tetracyclinehydrochloride antibiotic”Materials Letters 224:29-32.]。Jingjing Li等使用NaCl,KBr,KI作为卤源，制备了Ag2WO4/AgX(X＝Cl,Br,I)光催化剂用于甲基橙降解，表现出比纯Ag2WO4高效的光催化性能[Jingjing Li，et al.(2015).“Facile formation of Ag2WO4/AgX(X＝Cl,Br,I)hybrid nanorods with enhanced visible-light-drivenphotoelectrochemical properties”Materials Research Bulletin 61:315-320]。上述对于Ag2WO4光催化性能的改性均通过两步离子交换法，且制备的Ag2WO4均为α-Ag2WO4，因此需要研究一种简单，且可以制备出相比于α-Ag2WO4具有更高性能的AgBr/Ag8W4O16的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种Z-Scheme AgBr/Ag8W4O16光催化剂的合成方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：AgBr和Ag8W4O16以5％-30％的质量比构建直接Z-Scheme AgBr/Ag8W4O16体系光催化剂，实现光生电子和空穴的空间分离，从而提高光催化性能。
上述Z-Scheme AgBr/Ag8W4O16光催化剂的合成方法，包括以下步骤：
第一步，将十六烷基三甲基溴化铵加入钨酸钠溶液中，磁力搅拌2h以形成钨酸根离子和溴离子共存的混合溶液；
第二步，将硝酸银溶于与步骤一中钨酸钠溶液等体积的水中；
第三步，第二步所得溶液液逐滴加入第一步所得溶液中，室温避光条件下磁力搅拌6h；第四步，第三步所得样品离心洗涤，烘干，制得AgBr/Ag8W4O16复合材料。
进一步的，第一步中，钨酸钠的浓度为10mM,十六烷基三甲基溴化铵的浓度为钨酸钠浓度的15％-54％。
进一步的，第二步中，硝酸银溶液的浓度为第一步中钨酸钠溶液浓度的2倍。
进一步的，第四步中，离心机转速为9000r/min，离心时间为3min，烘箱温度为60℃。
本发明与现有技术相比，其优点在于：(1)采用一步法制得AgBr/Ag8W4O16复合材料，反应条件温和，操作简单；(2)该材料用于光催化降解罗丹明B，表现出优异的催化性能。
附图说明
图1是本发明的合成流程图。
图2是本发明实施例1-4，对比例1,2所制备材料的XRD衍射谱图。
图3(a)是本发明对比例1,(b)是实施例1，(c)是实施例2，(d)是实例施3，(e)和(f)是实例施4所制备材料的透射电镜(d-f)图。
图4是本发明实例1-4，和对比实例1，2制备的材料用于光催化降解RhB的浓度随时间变化曲线。
图5是本发明实例1-4，和对比实例1，2制备的材料用于光催化降解RhB的光催化速率曲线。
具体实施方式
图1是本发明的合成流程图，将十六烷基三甲基溴化铵加入钨酸钠溶液中，磁力搅拌2h以形成钨酸根离子和溴离子共存的混合溶液；将硝酸银溶于与钨酸钠溶液等体积的水中。将硝酸银溶液逐滴加入含有十六烷基三甲基溴化铵的钨酸钠溶液中，室温避光搅拌6h，离心洗涤干燥得到AgBr/Ag8W4O16复合材料。
本发明制备的AgBr/Ag8W4O16复合材料作为光催化剂有优异的光催化性能，这主要归因于AgBr和Ag8W4O16之间构成Z-scheme异质结，实现了光生电子和空穴的空间分离，降低了载流子复合效率，从而使得光催化性能得到大幅提升。
本发明的AgBr/Ag8W4O16复合材料光催化剂通过以下步骤制备：
第一步，将十六烷基三甲基溴化铵加入钨酸钠溶液中，磁力搅拌2h以形成钨酸根离子和溴离子共存的混合溶液；
第二步，将硝酸银溶于与步骤一中钨酸钠溶液等体积的水中；
第三步，第二步所得溶液逐滴加入第一步所得溶液中，室温避光搅拌6h；
第四步，第三步所的样品离心洗涤，烘箱烘干，制得AgBr/Ag8W4O16复合材料。
实施例1
第一步，将14.0mg十六烷基三甲基溴化铵加入10mM钨酸钠水溶液中，磁力搅拌2h以形成钨酸根离子和溴离子共存的混合溶液；
第二步，配制与步骤一中钨酸钠水溶液等体积的20mM硝酸银水溶液；
第三步，第二步所得溶液逐滴加入第一步所得溶液中，室温避光搅拌6h；
第四步，第三步所的样品离心洗涤，烘箱烘干，制得AgBr/Ag8W4O16-5％复合材料。
实施例2
第一步，将26.4mg十六烷基三甲基溴化铵加入10mM钨酸钠溶液中，磁力搅拌2h以形成钨酸根离子和溴离子共存的混合溶液；
第二步，配制与步骤一中钨酸钠水溶液等体积的20mM硝酸银水溶液；
第三步，第二步所得溶液逐滴加入第一步所得溶液中，室温避光搅拌6h；
第四步，第三步所的样品离心洗涤，烘箱烘干，制得AgBr/Ag8W4O16-10％复合材料。
实施例3
第一步，将47.6mg十六烷基三甲基溴化铵加入10mM钨酸钠溶液中，磁力搅拌2h以形成钨酸根离子和溴离子共存的混合溶液；
第二步，配制与步骤一中钨酸钠水溶液等体积的20mM硝酸银水溶液；
第三步，第二步所得溶液逐滴加入第一步所得溶液中，室温避光搅拌6h；
第四步，第三步所的样品离心洗涤，烘箱烘干，制得AgBr/Ag8W4O16-20％复合材料。
实施例4
第一步，将65.0mg十六烷基三甲基溴化铵加入10mM溶液中，磁力搅拌2h以形成钨酸根离子和溴离子共存的混合溶液；
第二步，配制与步骤一中钨酸钠水溶液等体积的20mM硝酸银水溶液；
第三步，第二步所得溶液逐滴加入第一步所得溶液中，室温避光搅拌6h；
第四步，第三步所的样品离心洗涤，烘箱烘干，制得AgBr/Ag8W4O16-30％复合材料。
对比例1
第一步，将20mM硝酸银溶液逐滴加入等体积的10mM钨酸钠的水溶液中；
第二步，第一步所得混合溶液室温避光搅拌6h；
第三步，第二步所得样品离心洗涤，烘干，制得纯β-Ag2WO4样品。
对比例2
第一步，配制10mM硝酸银水溶液；
第二步，向第一步所得溶液中加入等体积的10mM十六烷基三甲基溴化铵的水溶液；
第三步，第二步所得混合溶液室温避光搅拌6h；
第三步，第三步所得样品离心洗涤，烘干，制得纯AgBr样品。
当AgBr与Ag8W4O16的质量比为30％的时候，制备的光催化剂在50分钟内对罗丹明B(RhB)的降解率达到98.3％，其性能分别约为纯AgBr和纯Ag2WO4的2倍和179.8倍。光催化性能的提升，得益于AgBr和Ag8W4O16之间所形成的Z-scheme异质结，促进了光生电子和空穴的分离和迁移，延长了载流子的寿命，从而使得其光催化性能得到大幅提升。
以上所述实施例的各参数可以做出若干变形和改进，为使描述简洁，未对上述实施例中的所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些参数的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。