磷酸銀及其異質結高效可見光催化劑的制備及性能研究.pdf

1、隨著環(huán)境污染日益嚴重，威脅到了人類的生存和發(fā)展，研究新型高效的材料來治理環(huán)境越來越迫切。半導體光催化劑利用太陽光催化氧化污染物的辦法高效、環(huán)保，近年來備受關注。TiO2具有很高的穩(wěn)定性、較強的光催化能力，無毒無污染等突出的優(yōu)點，在光催化領域被廣泛地研究和利用。然而，TiO2光催化劑的光響應范圍主要分布在紫外區(qū)域，利用太陽光能的比例偏低(約占4%)，且載流子復合率很高，光催化劑的催化活性較低。所以有必要開發(fā)新型、高效、可見光響應的光催化材

2、料。
　　 本論文圍繞Ag3PO4這一新型光催化劑，從催化劑的制備和合成方法上入手，采用不同的方法，制備了Ag/Ag3PO4等離子體、Ag3PO4納米粒子、AgCl(Br)/Ag3PO4異質結、和AgCl/AgVO3異質結光催化劑，以提高Ag3PO4的光催化活性與穩(wěn)定性。通過各種表征手段探究其結構、形貌、光吸收性質及光催化性能。揭示材料的微觀結構、異質結的構成和光催化性能之間的關系。本論文的主要研究內容如下：
　　 (1

3、)通過離子交換-光誘導還原兩步法合成Ag/Ag3PO4等離子體復合光催化劑。研究亞甲基藍溶液中Ag3PO4在可見光照射下的自分解情況。光照開始時，Ag3PO4表面的Ag0的含量隨光照時間的增長而增加，2h后達到5.25%(mol%)，然后含量基本保持不變。雖然Ag3PO4表面沉積Ag0后，光催化活性有降低，但Ag/Ag3PO4依然具有很高的光催化活性，其分解甲基藍的速率常數(shù)(0.4125 min-1)約為Ag/AgBr(0.1459 m

4、in-1)、Ag/AgCl(0.1067 min-1)的三倍，為N-TiO2(0.0142 min-1)的數(shù)十倍，循環(huán)使用5次后仍然保持較高的活性。
　　 (2)以吡啶為輔助劑，通過一步水熱法合成了高效、穩(wěn)定的Ag/Ag3PO4復合等離子體光催化劑。研究反應溫度、pH值、吡啶加入量對Ag/Ag3PO4復合光催化劑中單質Ag含量及Ag3PO4表面形貌的影響。研究發(fā)現(xiàn)，吡啶不但作為Ag+的配位劑，控制釋放速度，影響Ag3PO4的形貌

5、結構；而且還作為還原劑將Ag3PO4中的部分Ag+還原成Ag。Ag/Ag3PO4復合光催化劑中單質Ag的含量可以通過改變反應體系中吡啶的加入量和水熱反應溫度進行調控。在可見光照射下Ag/Ag3PO4光催化降解甲基橙染料的速率大約是Ag/AgBr和Ag/AgCl的3倍，循環(huán)使用5次后仍然保持較高的活性，光催化降解苯酚得到類似的實驗結果。
　　 (3)采用一種綠色合成法--植酸軟模板法，合成了粒徑分布均勻的Ag3PO4納米晶體。探討

6、了合成原理，考察了磷酸鈉的加入量對生成Ag3PO4納米晶粒大小的影響。結果表明，只有植酸存在時才能得到粒徑分布均勻的Ag3PO4納米晶體，改變磷酸鈉的加入量，可調節(jié)Ag3PO4的顆粒大小，范圍為40-50 nm。SEM、TEM表征發(fā)現(xiàn)磷酸銀納米晶由許多更小的納米顆粒組成，結合疏松，表面較粗糙，有利于產生更多的光催化活性點。Ag3PO4納米晶體能吸收波長小于530 nm的紫外和可見光，禁帶寬度為2.37 eV。納米Ag3PO4降解甲基橙的

7、速率常數(shù)約為微米Ag3PO4的2倍。將植酸膠束軟模板法用于合成AgCl和AgBr，發(fā)現(xiàn)同樣能得到粒徑分布均勻，大小分別為～40 nm，～50 nm的納米晶體，此方法對于合成銀基納米晶體具有通用性。
　　 (4)采用電化學陽極氧化法一步合成AgCl/Ag3PO4、AgBr/Ag3PO4異質結膜。研究了電化學氧化電位、時間和電解質溶液組成對沉淀膜的組成、形貌的影響。結果表明，合成異質結中的Ag3PO4是以50 nm左右的微小顆粒附著

8、在大顆粒的AgCl(AgBr)表面，改變氧化電位能有效控制Ag3PO4在異質結中的含量。光催化、光電化學性能測試表明催化劑的光催化活性由大到小依次是：AgBr-Ag3PO4> AgCl-Ag3PO4> Ag3PO4。此合成方法操作簡單，能有效控制異質結的組成，可推廣到其它異質結光催化劑的制備。
　　 (5)探索其它銀基異質結的構建方法及光催化性能。首先通過吡啶輔助水熱法合成了AgVO3納米帶，然后與NaCl進行離子交換得到AgC