AgBr-TiO2納米復(fù)合催化劑的制備及其可見光光催化性能研究.pdf

1、環(huán)境污染已成為困擾當今社會可持續(xù)發(fā)展的最大難題之一,世界各國為此都投入了大量的人力物力去尋找解決辦法。常用的物理法,化學(xué)法,生物法等往往存在著操作復(fù)雜,消除污染不徹底,費用昂貴等缺點。從20世紀70年代開始,半導(dǎo)體光催化技術(shù)的發(fā)展給解決環(huán)境污染提供了新的途徑。在眾多的半導(dǎo)體氧化物中,TiO2的優(yōu)勢是顯而易見的:氧化能力強,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,環(huán)境友好,而且廉價易得。但是它也存在不足之處,例如:只能利用占太陽光中4％-5%的紫外光,并且光生載流

2、子的復(fù)合速率較快等。
　　TiO2的改性能夠有效拓展其對可見光的吸收,減少光生載流子的復(fù)合。其中與窄禁帶半導(dǎo)體復(fù)合是一種重要方法,它不僅可以使二氧化鈦的吸收拓展到可見光區(qū),而且由于兩種半導(dǎo)體間能帶的差異可促進光生電子-空穴的復(fù)合,進而提高可見光催化效率。含銀鹵化物光催化劑引起了人們熱切的關(guān)注。AgCl、AgBr、AgI在光照條件下表面會形成一層Ag單質(zhì),這層Ag單質(zhì)可以保護AgX不會被繼續(xù)分解,使催化劑的穩(wěn)定性得到改善。這種AgX

3、/半導(dǎo)體納米復(fù)合材料作為高活性的光催化劑目前已得到深入的研究和廣泛的應(yīng)用。
　　本文以水熱法制備得到的不同形貌的鈦酸為前驅(qū)體,通過不同的方法使其與AgX復(fù)合,并對該復(fù)合催化劑進行了各種物理化學(xué)性能表征,比較了其可見光催化活性,主要研究內(nèi)容包括以下四個部分:
　　(1)以鈦酸納米帶為二氧化鈦的來源,通過離子交換-煅燒的方法制備而得了AgBr/TiO2納米復(fù)合材料。隨著煅燒溫度的增加,鈦酸逐步轉(zhuǎn)變?yōu)殇J鈦礦相的TiO2,相貌也隨之

4、發(fā)生改變。紫外可見吸收表明,AgBr/TiO2納米復(fù)合材料在可見光400-470nm有很強的吸收;可見光下對MO的降解表現(xiàn)出了良好的活性;其中樣品AgBr/TiO2-300活性最好,30min內(nèi)MO的降解率達到了95%;AgBr/TiO2-300保持了較好的納米帶結(jié)構(gòu),比表面積達到了158m2/g:該催化劑表現(xiàn)出高光催化活性的原因可能是TiO2納米帶的一維結(jié)構(gòu)有利于電子傳輸,減少了電子-空穴的復(fù)合;較大的比表面利于催化劑的活性面與甲基橙

5、接觸,提高反應(yīng)效率。同等條件下,與純AgBr,TAN,P25/AgBr相比,樣品AgBr/TiO2具有更好的催化活性。
　　(2)以鈦酸納米管為前驅(qū)體,通過共沉淀—煅燒的方法制備得到了AgBr/納米管鈦酸復(fù)合材料。透射電鏡(TEM)和 X射線衍射分析(XRD)結(jié)果表明,經(jīng)過不同溫度的焙燒,鈦酸納米管的形貌由一維管狀逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒狀,晶體結(jié)構(gòu)也由正交晶系轉(zhuǎn)化為銳鈦礦結(jié)構(gòu);紫外可見漫反射光譜(UV-visDRS)表明,擔載的AgBr明

6、顯拓展了納米管鈦酸的可見光吸收范圍;X射線光電子能譜(XPS)對樣品中 Ag元素的價態(tài)進行了分析,Ag物種主要以Ag+形式存在。以甲基橙(MO)的可見光降解為探針反應(yīng),結(jié)果表明,當煅燒溫度為200℃時,光催化活性最高,MO的降解率在30分鐘內(nèi)就達到了90%以上;隨著煅燒溫度的增加,催化活性有逐漸降低的趨勢。
　　(3)以金屬鈦片為基底,通過水熱法原位生長了納米管鈦酸多孔薄膜;將其在400度下焙燒4h,得到了銳鈦礦相的二氧化鈦納米管

7、多孔薄膜。透射電鏡圖片表明,二氧化鈦的直徑為8-10nm;掃描電鏡圖片表明,TiO2薄膜是由很多的納米管組成,多根納米管交錯在一起組成了多空松散的結(jié)構(gòu)。將溴化銀納米晶通過沉淀法成功的敏化到了TiO2薄膜上,而納米管結(jié)構(gòu)保持完整,沒有破損,其可見光吸收明顯增加。通過EDS計算,溴化銀的含量大約是2.42%。樣品AgBr-TN與樣品TN和AgBr-TiO2相比,具有更好的活性?？赡苁怯捎跇悠稟gBr-TN具有更大的比表面積,一維的管狀結(jié)構(gòu),

8、多空結(jié)構(gòu)增加光的吸收效率引起的。當樣品AgBr-TN經(jīng)過二次400度4h煅燒時,對可見光的吸收有所增加,活性也有所提高。交流阻抗譜表明二次段稍后樣品中光生電子空穴的分離能力明顯提高。
　　(4)以鈦酸納米帶為二氧化鈦的來源,通過離子交換-煅燒的方法制備得了系列AgX/TiO2納米復(fù)合材料。紫外可見吸收光譜表明,AgX/TiO2納米復(fù)合材料在可見光400-470nm范圍內(nèi)都有很好的吸收;可見光下對MO的降解表現(xiàn)出了良好的活性;樣品A

9、gBr/TiO2-300比樣品AgCl/TiO2-300和AgI/TiO2-300具有更好的活性。這可能是由于樣品AgBr與TiO2有更好的能帶匹配,電子很容易轉(zhuǎn)移到TiO2的價帶上去,減少了電子-空穴的復(fù)合。
　　以工作(3)中得到的銳鈦礦相TiO2納米管多孔薄膜為基底,分別將AgCl,AgBr,AgI納米顆粒通過沉淀法沉積到TiO2多孔薄膜上。以MO的光降解為指標反應(yīng)考察了系列AgX/TiO2復(fù)合薄膜的光催化活性。結(jié)果表明樣品