銀類化合物光催化劑的制備及光催化性能研究.pdf

1、光催化技術(shù)有望成為解決當(dāng)今人類社會(huì)所面臨的環(huán)境污染和能源危機(jī)兩大難題,然而由于傳統(tǒng)光催化材料(如TiO2)具有光響應(yīng)范圍窄和量子產(chǎn)率低等缺點(diǎn),限制了其在工業(yè)生產(chǎn)與社會(huì)生活中的廣泛應(yīng)用。最近研究結(jié)果表明,相比于傳統(tǒng)光催化材料如TiO2,銀類化合物光催化劑具有對(duì)可見光響應(yīng)、量子產(chǎn)率較高等優(yōu)點(diǎn),在光催化領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。然而,銀類化合物光催化材料如鹵化銀(氯化銀,溴化銀和碘化銀)和磷酸銀等,具有一個(gè)共同的特性—光敏感,即,在紫外或可見光

2、的照射下,銀類化合物光催化材料會(huì)發(fā)生分解。因此,研究銀類化合物光催化材料的合成,在光催化反應(yīng)過程中的光化學(xué)穩(wěn)定性與光催化活性具有重要的理論和實(shí)際意義。本博士論文以銀類光催化材料為研究對(duì)象,在對(duì)銀類光催化材料的形貌控制、復(fù)合光催化材料的設(shè)計(jì)與合成,和新型高效可見光光催化材料的開發(fā)等方面作了一些有益的探索。具體工作如下:
　　 第一,通過軟模板法制備了介穩(wěn)β-Ag2WO4納米空心球,探討了反應(yīng)物濃度(AgNO3和Na2WO4)、反應(yīng)

3、溫度、聚丙烯酸甲酯(PMAA)用量及陳化時(shí)間等條件對(duì)介穩(wěn)β-Ag2WO4納米空心球的形貌與微結(jié)構(gòu)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:PMAA是介穩(wěn)β-Ag2WO4納米空心球形成的關(guān)鍵因素。在較低的溫度(80℃)下,PMAA不僅作為軟模板誘導(dǎo)Ag2WO4納米空心球的形成,同時(shí)能有效地抑制穩(wěn)定相α-Ag2WO4的產(chǎn)生,從而使納米空心球保持β-Ag2WO4的介穩(wěn)相；介穩(wěn)β-Ag2WO4納米空心球的平均尺寸可以通過反應(yīng)物濃度進(jìn)行調(diào)節(jié),隨著反應(yīng)物濃度的增加,介

4、穩(wěn)β-Ag2WO4納米空心球的平均尺寸減小。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間延長到24h,介穩(wěn)β-Ag2WO4納米空心球由于向α-Ag2WO4轉(zhuǎn)變而導(dǎo)致空心結(jié)構(gòu)的破壞,最終形成無規(guī)則的α-Ag2WO4大顆粒。
　　 第二,以Ag8W4O16／Ag納米棒為模板,在NaCl溶液中通過陰離子交換法制備了Ag8W4O16-Ag／AgCl核-殼納米棒結(jié)構(gòu),探討了NaCl濃度對(duì)Ag8W4O16-Ag／AgCl核-殼納米棒的形貌和微結(jié)構(gòu)的影響,提出了核-殼納米棒原

5、位離子交換的形成機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:Cl-與WO42-的離子交換反應(yīng)優(yōu)先發(fā)生在Ag8W4O16／Ag納米棒表面,導(dǎo)致在Ag8W4O16／Ag納米棒表面均勻包覆了一層小于30nm的AgCl納米粒子;AgCl殼層可以通過調(diào)控NaCl濃度得到有效的控制；隨著NaCl溶液濃度的增加,AgCl殼層厚度也隨之增大,然而Ag8W4O16-Ag／AgCl核-殼納米棒的總尺寸并不發(fā)生改變,證實(shí)了原位離子交換反應(yīng)機(jī)理的正確性。相比于塊體AgCl光催化劑,所

6、制備的Ag8W4O16-Ag／AgCl核-殼納米棒在可見光下對(duì)甲基橙的降解表現(xiàn)出更高的光催化活性；同時(shí),由于具有一維棒狀結(jié)構(gòu),所制備的核一殼納米棒光催化材料具有易于分離、回收與再利用等優(yōu)點(diǎn)。
　　 第三,以Ag8W4O16／Ag納米棒為前驅(qū)體,在HCl溶液中一步制備了H2WO4·H2O／Ag／AgCl復(fù)合納米片,探討了HCl濃度對(duì)H2WO4·H2O／Ag／AgCl復(fù)合納米片形貌和微結(jié)構(gòu)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:只有在較高HCl濃度的

7、作用下(大于10mM)才能有效制備H2WO4·H2O／Ag／AgCl復(fù)合納米片；H2WO4·H2O／Ag／AgCl復(fù)合納米結(jié)構(gòu)具有比單一組份(如H2WO4·H2O)和雙組份(Ag／H2WO4·H2O和Ag／AgCl)更高的光催化性能。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析,提出了H2WO4·H2O／Ag／AgCl復(fù)合納米片的Z型等離子體光催化機(jī)理,即H2WO4·H2O的禁帶吸收與金屬Ag納米粒子的等離子共振吸收的共同作用機(jī)理。
　　 第四,發(fā)現(xiàn)Ag

8、2O可作為一種新型高效的可見光光催化劑,利用各種測(cè)試手段對(duì)Ag2O的可見光光催化性能與光穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:Ag2O光催化材料在可見光下對(duì)多種有機(jī)污染物(如羅丹明B,甲基橙和苯酚)具有很好的降解能力,且表現(xiàn)出良好的反復(fù)光催化性能；Ag2O在光解有機(jī)染污物的過程中存在一種自穩(wěn)定的現(xiàn)象,即Ag2O在剛開始光照時(shí)會(huì)分解形成金屬Ag,但當(dāng)Ag的含量達(dá)到一定的程度時(shí),Ag2O將很難再繼續(xù)分解,因而所形成的AgaO-Ag具有很好的光穩(wěn)定