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，隨著社會經(jīng)濟的日益持續(xù)增長，人口數(shù)量的自然增加，未來世界將面臨著能源、水、環(huán)境等問題，其中水污染問題受到了社會各界人士的廣泛關(guān)注。
　　2010年，半導(dǎo)體Ag3PO4可見光光催化材料被首次報道，其禁帶寬度為2.36eV，可以吸收波長小于520nm的太陽光，且其降解有機染料的能力遠遠高于報道過的其它可見光半導(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、表面積等對其光催化活性具有嚴重的影響；②H+的還原電位相比于Ag3PO4的導(dǎo)電電位更負，致使Ag3PO4在光催化反應(yīng)過程中易還原成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。
　　基于以上問題，本文對Ag3PO4光催化材料從以下三方面進行了研究：(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。具體研究內(nèi)容如下：
　　一：設(shè)計合成了內(nèi)凹十二面體Ag3PO4(CRD)和十二面體Ag3PO4(RD)，相比于Ag3PO4(RD)，Ag3PO4(CRD)是通過在特殊的連接點處內(nèi)凹4個平行六面體形成的，但同樣暴露｛110｝活性晶面。然而，光催化降解實驗卻發(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污染物發(fā)生反應(yīng)，從而導(dǎo)致其催化活性嚴重下降。我們提出催化劑活性晶面的幾何分布在催化過程中扮演著重要的角色。
　　二：通過簡單的兩步法設(shè)計合成了一系列的N-GO/Ag3PO4復(fù)合材料，首先在氨水的作用下使N元素摻雜到氧化石墨烯(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)的實驗

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，同時也略好于GO/Ag3PO4復(fù)合結(jié)構(gòu)材料。由此可以初步推測出，N-GO相比于GO和半導(dǎo)體復(fù)合在進行光催化降解有機染料方面更有潛力。
　　三：利用化學(xué)一步沉淀和原位離子交換法，通過在Ag3PO4的表面修飾少量的GO和AgBr，設(shè)計合成一系列的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兩種染料來模擬有機污染物對其

6、光催化性能進行測試。光催化降解實驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)GO的含量為0.15-0.60wt％，AgBr為0.25-0.75wt％時能較好的催化降解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，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