含銀系列光催化劑的合成及其催化性能的研究.pdf

1、光催化技術(shù)由于在環(huán)境污染治理方面表現(xiàn)出巨大的潛力而受到廣泛關(guān)注。以二氧化鈦為例，它能夠?qū)⒂袡C(jī)污染物礦化成無(wú)毒無(wú)害的小分子物質(zhì)，但是TiO2自身也存在很多缺陷，比如較高的電子空穴復(fù)合率、只能吸收紫外光以及回收困難等問(wèn)題。因此，我們需要對(duì)TiO2進(jìn)行改性修飾或開(kāi)發(fā)新的光催化材料。
　　經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，新型可見(jiàn)光光催化材料Ag3PO4(2.36eV)是一種高效的光催化材料。通過(guò)研究Ag3PO4的結(jié)合能發(fā)現(xiàn)，P-O鍵具有非常強(qiáng)的鍵和能力，使得

2、具有四面體結(jié)構(gòu)的PO43-弱化了Ag-O共價(jià)鍵，阻止了Ag4d與O2p發(fā)生雜化，從而使4d軌道偏離導(dǎo)帶底部。分布在導(dǎo)帶底部的被離域了的電荷對(duì)電子的作用比較弱，因此有利于電子傳輸?shù)奖砻?。朱永法課題組利用密度泛函理論計(jì)算了Ag3PO4的晶體結(jié)構(gòu)和能帶結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)Ag3PO4具有較高的氧化能力和量子效率，分析原因主要有兩個(gè):一是Ag3PO4的價(jià)帶位置低，使得價(jià)帶上的空穴具有較強(qiáng)的氧化能力;二是在Ag3PO4的導(dǎo)帶中存在π*分子軌道，使得電子的遷

3、移速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于空穴，再加上PO43-的誘導(dǎo)作用，能夠使電子和空穴得到有效分離。磷酸銀單體雖然是一個(gè)優(yōu)異的光催化材料，但在提高其穩(wěn)定性和光催化活性方面仍面臨巨大的挑戰(zhàn)。本文主要以可見(jiàn)光響應(yīng)型光催化劑Ag3PO4和Ag/AgBrO3為研究對(duì)象，主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)通過(guò)簡(jiǎn)單的水熱法合成Ni2+-Ag3PO4光催化劑，該催化劑在降解有機(jī)污染物方面表現(xiàn)出了優(yōu)異的光催化性能。并用X-射線衍射(XRD)、透射電鏡(TEM)、掃描電鏡(

4、SEM)、紫外-可見(jiàn)吸收光譜(UV-vis)、X射線光電子能譜(XPS)、總有機(jī)碳分析儀和電子自旋共振波普儀(ESR)對(duì)樣品進(jìn)行了表征。通過(guò)在可見(jiàn)光（λ＞420nm）照射下降解MO染料來(lái)評(píng)估Ni2+-Ag3PO4的光催化性能。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Ni2+的濃度為0.05mol/L時(shí)，Ni2+-Ag3PO4的光催化降解效率最高，其動(dòng)力學(xué)常數(shù)為磷酸銀的4倍。Ni2+的摻雜能夠提高磷酸銀的帶隙，加速對(duì)光子的利用率，提高電子和空穴的分離速率，因此使得N

5、i2+-Ag3PO4表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化性能。
　　(2)通過(guò)離子交換法合成F-Ag3PO4光催化劑，它的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)通過(guò)X-射線衍射(XRD)、透射電鏡(TEM)、紫外-可見(jiàn)吸收光譜(UV-vis)、X射線光電子能譜(XPS)和電子自旋共振波普儀(ESR)表征出來(lái)。氟離子的摻雜改變了磷酸銀的性質(zhì)，進(jìn)一步抑制了光生電子和空穴的復(fù)合。F0.05-Ag3PO4在降解MO染料時(shí)表現(xiàn)出最優(yōu)異的光催化性能，經(jīng)過(guò)光催化機(jī)理測(cè)試分析得出·OH是該光

6、反應(yīng)體系中主要的活性物種。F-的摻雜大大降低了Ag3PO4表面·OH的缺陷，使得F-Ag3PO4光催化劑對(duì)MO的降解率得到一定程度的提高。
　　(3)通過(guò)共沉淀法合成AgBr/Ag3PO4復(fù)合光催化劑，并用XRD、TEM、UV-vis等表征手段來(lái)分析AgBr/Ag3PO4復(fù)合物的結(jié)構(gòu)、形貌和光學(xué)性能。光催化降解實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明AgBr/Ag3PO4復(fù)合光催化劑的降解效率比Ag3PO4和AgBr的高，這是由光生電子和空穴的快速分離導(dǎo)致的

7、。通過(guò)光催化機(jī)理測(cè)試證實(shí)了羥基自由基是主要的活性物種，對(duì)MO染料的降解起到了主要作用。
　　(4)通過(guò)將AgNO3和NaBrO3的溶液混合合成Ag/AgBrO3光催化劑，利用XRD、TEM、UV-vis和XPS等表征手段對(duì)樣品進(jìn)行了分析。通過(guò)紫外-可見(jiàn)吸收光譜推導(dǎo)出Ag/AgBrO3的禁帶寬度為3.97eV，表明該催化劑能在紫外光范圍內(nèi)被激發(fā)。在相同條件下，Ag/AgBrO3光催化劑表現(xiàn)出比N-TiO2更優(yōu)異的光催化活性。用ESR