磷酸銀及其異質(zhì)結(jié)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(yán)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(dǎo)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(guān)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(lǐng)域被廣泛地研究和利用。然而，TiO2光催化劑的光響應(yīng)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(fù)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(yīng)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(zhì)結(jié)、和AgCl/AgVO3異質(zhì)結(jié)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(jié)構(gòu)、形貌、光吸收性質(zhì)及光催化性能。揭示材料的微觀結(jié)構(gòu)、異質(zhì)結(jié)的構(gòu)成和光催化性能之間的關(guān)系。本論文的主要研究內(nèi)容如下：
　　 (1

3、)通過離子交換-光誘導(dǎo)還原兩步法合成Ag/Ag3PO4等離子體復(fù)合光催化劑。研究亞甲基藍(lán)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(dá)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(lán)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(fù)合等離子體光催化劑。研究反應(yīng)溫度、pH值、吡啶加入量對Ag/Ag3PO4復(fù)合光催化劑中單質(zhì)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(jié)構(gòu)；而且還作為還原劑將Ag3PO4中的部分Ag+還原成Ag。Ag/Ag3PO4復(fù)合光催化劑中單質(zhì)Ag的含量可以通過改變反應(yīng)體系中吡啶的加入量和水熱反應(yīng)溫度進行調(diào)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(jié)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(jié)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(diào)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(jié)合疏松，表面較粗糙，有利于產(chǎn)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(xué)陽極氧化法一步合成AgCl/Ag3PO4、AgBr/Ag3PO4異質(zhì)結(jié)膜。研究了電化學(xué)氧化電位、時間和電解質(zhì)溶液組成對沉淀膜的組成、形貌的影響。結(jié)果表明，合成異質(zhì)結(jié)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(zhì)結(jié)中的含量。光催化、光電化學(xué)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(zhì)結(jié)的組成，可推廣到其它異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備。
　　 (5)探索其它銀基異質(zhì)結(jié)的構(gòu)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