基于銀鹽及其復合物高效光降解催化劑的制備及性能研究.pdf

1、人類日益增長的需求導致能源短缺和環(huán)境惡化問題日益嚴峻，因此迫切需要開發(fā)新技術解決這兩大難題。與傳統(tǒng)技術相比，光催化因能有效地解決這兩大難題，且有較高的普適性和可操作性在科學和技術領域成為研究熱點。光催化以半導體催化劑為媒介，當半導體催化材料與激發(fā)光源匹配時，會激發(fā)電子-空穴對，引發(fā)氧化還原反應，導致污染物被降解進而最終解決環(huán)境問題。光催化的另一應用領域為光解水，將太陽能轉化為潔凈的氫氣、氧氣，以化學能或電能的方式儲備。目前開發(fā)在可見光區(qū)

2、范圍內發(fā)生有效響應的半導體催化劑仍是個非常有挑戰(zhàn)性課題。
　　Ag3PO4具有2.45 eV適宜的能帶間隙，在可見光照射下，能夠達到90％的量子轉化效率，活性較其他報道的催化劑都高，表現(xiàn)出高效的催化活性。吸收可見光后既能高效地氧化水釋放出氧氣，也能降解有機污染物，如羅丹明B和橙Ⅱ。雖然Ag3PO4活性很高，但其穩(wěn)定性不理想。目前在光催化技術領域廣泛開展以增強Ag3PO4自身穩(wěn)定性、保持高活性的研究。
　　本論文從Ag3PO4

3、這一光催化劑和Ag單質負載半導體形成金屬/半導體復合物的合成方法入手，進行了基于銀鹽及其復合物在可見光下降解有機污染物性能研究，提高了催化劑的光催化活性及穩(wěn)定性。利用多種手段對催化劑本身進行表征，揭示材料自身特性，如結構、形貌，進而表征材料的光催化性能。本論文主要研究內容如下:
　　首先，文中以PVP為表面活性劑通過離子交換-沉淀法制備50 nm-500 nm均勻粒徑的一系列Ag3PO4光催化劑，與用瑪瑙研磨法制備的Ag3PO4光

4、催化劑進行光降解對比實驗。考察在可見光照射下無犧牲劑協(xié)助時，Ag3PO4的粒徑及形貌對有機污染物（雙酚A水溶液）降解效率及穩(wěn)定性的影響。表征過程:首先暗箱攪拌以達到吸附-脫附平衡，后開光降解。由實驗數(shù)據(jù)得，該體系中粒徑為400 nm的Ag3PO4光催化劑在四次循環(huán)中保持了相對較好的催化性能。其中首次降解，在18min內降解了86.6％的水溶液中雙酚A，第四次循環(huán)使用仍然保持71.5％的降解率。而其他粒徑催化劑則在循環(huán)使用中，催化活性有不

5、同程度衰減。特別是研磨法制備的Ag3PO4催化劑衰減最大，第四次循環(huán)使用時僅剩4.8％。為了考察晶面、形貌方面考察，首先簡易方法制備出凹三八面體及花狀Ag3PO4，然后在可見光照射無犧牲劑協(xié)助時進行光降解雙酚A對比實驗。數(shù)據(jù)表明由高表面能晶面組成的凹三八面體及花狀Ag3PO4，光降解活性較球形Ag3PO4的好，但穩(wěn)定性不理想。降解過程中因沒有使用犧牲劑，Ag3PO4催化劑體系在可見光照射不可避免地析出單質銀而使得催化劑活性降低。

6、　　其次，實驗設計:制備Ag3PO4/WO3復合光催化劑可以使催化劑在光降解過程中轉移了電子，減少Ag+與光生電子結合的幾率，從而減少了銀單質析出，保持甚至增強Ag3PO4的高活性。本文通過兩步法制備Ag3PO4/WO3復合光催化劑，即先制備棒狀WO3載體，然后負載Ag3PO4形成Ag3PO4/WO3復合光催化劑并對比不同質量配比Ag3PO4/WO3復合光催化劑及Ag3PO4、WO3、N-TiO2對有機物（羅丹明B、甲基橙和水楊酸）光催

7、化降解性能。數(shù)據(jù)表明Ag3PO4/WO3復合光催化劑比Ag3PO4、WO3及N-TiO2光催化劑不僅催化速率高且穩(wěn)定性好。AW6/4復合催化劑性能提高尤為顯著，催化性能穩(wěn)定，且可保持高活性。此外，本文還提出電荷分離機理來解釋Ag3PO4/WO3復合光催化劑具有較好的光催化性能的原因。
　　最后，利用簡單方法制備Ag/Cu2O的金屬/氧化物半導體結構復合物。在可見光照射下，以二十六面體Cu2O為模板，引入[Ag(NH3)2]+絡離子

8、于Cu2O懸浮液中，無須其他試劑（如還原劑，導向劑或表面活性劑等），制備出與模板具有相同形貌的二十六面體CuzO@Ag核殼結構及Ag空殼。在對比實驗中改變相關條件，確定了實驗中反應的影響因素。例如有重要作用的[Ag(NH3)2]+絡離子黏附在Cu2O表面后具有弱還原性的Cu2O與[Ag(NH3)2]+絡離子發(fā)生原位氧化還原反應;氙燈促進單質銀的生成。同理利用立方體結構和球形Cu2O模板，合成立方體及球形Cu2O@Ag核殼結構。研究表明C

9、u2O@Ag核殼結構及Ag空殼完全復制了Cu2O模板的形貌，受益于[Ag(NH3)2]+絡離子導向的作用，將Ag+黏附于Cu2O表面，提供了氧化還原反應的條件且控制了單質銀的生長位置。最后考察以Cu2O、Cu2O@Ag核殼結構及Ag空殼為催化劑光催化降解羅丹明B的性能;催化CO氧化性能及以羅丹明6G為探針分子，Cu2O、CuzO@Ag核殼結構及Ag空殼的SERS性能。數(shù)據(jù)表明CuzO@Ag核殼結構大大增強了Cu2O的物理化學性質，拓展了