基于半導(dǎo)體磷酸銀能光研催究化材料的制備及其性.pdf

1、當(dāng)今，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的日益持續(xù)增長(zhǎng)，人口數(shù)量的自然增加，未來(lái)世界將面臨著能源、水、環(huán)境等問(wèn)題，其中水污染問(wèn)題受到了社會(huì)各界人士的廣泛關(guān)注。
　　2010年，半導(dǎo)體Ag3PO4可見光光催化材料被首次報(bào)道，其禁帶寬度為2.36eV，可以吸收波長(zhǎng)小于520nm的太陽(yáng)光，且其降解有機(jī)染料的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于報(bào)道過(guò)的其它可見光半導(dǎo)體材料如CdS、ZnO、WO3、BiOX等。盡管如此，但也應(yīng)當(dāng)注意到Ag3PO4也同樣面臨著一些問(wèn)題和挑戰(zhàn)：①Ag3PO

2、4半導(dǎo)體材料的形貌結(jié)構(gòu)、顆粒尺寸、表面積等對(duì)其光催化活性具有嚴(yán)重的影響；②H+的還原電位相比于Ag3PO4的導(dǎo)電電位更負(fù)，致使Ag3PO4在光催化反應(yīng)過(guò)程中易還原成Ag單質(zhì)(Ag++e-→Ag)；③Ag3PO4在水中的溶解度是10.2g/L(20℃)，相比于AgX(X=Cl,Br,I)更易于在水溶液中溶解，從而限制了其循環(huán)利用。
　　基于以上問(wèn)題，本文對(duì)Ag3PO4光催化材料從以下三方面進(jìn)行了研究：(1)有效控制合成不同形貌結(jié)構(gòu)的

3、Ag3PO4材料；(2)N-GO/Ag3PO4復(fù)合結(jié)構(gòu)材料的制備；(3)GO/Ag3PO4/AgBr復(fù)合異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)材料的制備。具體研究?jī)?nèi)容如下：
　　一：設(shè)計(jì)合成了內(nèi)凹十二面體Ag3PO4(CRD)和十二面體Ag3PO4(RD)，相比于Ag3PO4(RD)，Ag3PO4(CRD)是通過(guò)在特殊的連接點(diǎn)處內(nèi)凹4個(gè)平行六面體形成的，但同樣暴露｛110｝活性晶面。然而，光催化降解實(shí)驗(yàn)卻發(fā)現(xiàn)Ag3PO4(CRD)的光催化活性相比于Ag3PO

4、4(RD)顯著降低，推測(cè)出在內(nèi)凹處光生空穴和電子更容易復(fù)合，并且由于空間效應(yīng)和陰影效應(yīng)的影響使之很難和有機(jī)污染物發(fā)生反應(yīng)，從而導(dǎo)致其催化活性嚴(yán)重下降。我們提出催化劑活性晶面的幾何分布在催化過(guò)程中扮演著重要的角色。
　　二：通過(guò)簡(jiǎn)單的兩步法設(shè)計(jì)合成了一系列的N-GO/Ag3PO4復(fù)合材料，首先在氨水的作用下使N元素?fù)诫s到氧化石墨烯(GO)中，然后利用一步沉淀法合成N-GO/Ag3PO4復(fù)合結(jié)構(gòu)材料。光催化降解甲基橙染料(MO)的實(shí)驗(yàn)

5、結(jié)果表明N-GO/Ag3PO4復(fù)合材料的光催化性能明顯優(yōu)于裸露的Ag3PO4材料，同時(shí)也略好于GO/Ag3PO4復(fù)合結(jié)構(gòu)材料。由此可以初步推測(cè)出，N-GO相比于GO和半導(dǎo)體復(fù)合在進(jìn)行光催化降解有機(jī)染料方面更有潛力。
　　三：利用化學(xué)一步沉淀和原位離子交換法，通過(guò)在Ag3PO4的表面修飾少量的GO和AgBr，設(shè)計(jì)合成一系列的GO/Ag3PO4/AgBr復(fù)合異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的光催化材料，以羅丹明B(RhB)和MO兩種染料來(lái)模擬有機(jī)污染物對(duì)其

6、光催化性能進(jìn)行測(cè)試。光催化降解實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)GO的含量為0.15-0.60wt％，AgBr為0.25-0.75wt％時(shí)能較好的催化降解RhB。其中，當(dāng)GO的含量為0.30wt%，AgBr的含量為0.50wt%(GO2/Ag3PO4/AgBr2)時(shí)表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化性能，催化降解30ppm的RhB溶液僅需12min，且其光降解速率常數(shù)(k=0.315min-1)是單純Ag3PO4(k=0.021min-1)的15倍。然而，對(duì)于光催化降解MO

7、溶液，發(fā)現(xiàn)當(dāng)GO的含量為0.30-0.90wt％,AgBr含量為0.75-1.25wt％時(shí)表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化性能。其中，當(dāng)GO的含量為0.60wt%，AgBr的含量為1.00wt%(GO3/Ag3PO4/AgBr4)時(shí)，光催化降解20ppm的MO溶液需18min左右，且其光降解速率常數(shù)(k=0.178min-1)是單純Ag3PO4(k=0.039min-1)的4.56倍。此外，異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)GO2/Ag3PO4/AgBr2或GO3/Ag3P