【摘要】：近幾年來(lái),等離子體光催化劑(指具有表面等離子體共振(SPR)效應(yīng)的納米粒子(如Ag、Au、Pt等NPs)與半導(dǎo)體或其他載體組成的復(fù)合光催化劑)成為新型可見光催化材料的研究熱點(diǎn)之一。等離子體光催化劑不僅增強(qiáng)可見光吸收性能,還能促進(jìn)光生載流子的分離,從而有利于光催化效率的提高。本文針對(duì)銀基半導(dǎo)體作為光催化劑存在結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、比表面積小以及光生電子-空穴對(duì)(光生載流子)復(fù)合率高等問題,結(jié)合銀納米粒子的表面等離子共振效應(yīng)與復(fù)合光催化材料的特征構(gòu)建新型可見光光催化劑,提高銀基半導(dǎo)體光催化材料(釩酸銀(Ag3VO4)和碘化銀(AgI))的光吸收和光生載流子的分離效率,從而提高其光催化活性,并探究光催化機(jī)理。具體內(nèi)容如下:采用沉淀法合成了不同摩爾比的Ag2MoO4/Ag3VO4復(fù)合材料,在光降解反應(yīng)的初始階段還原出單質(zhì)Ag,轉(zhuǎn)化為Ag2MoO4/Ag/Ag3VO4等離子體Z型光催化劑,并對(duì)復(fù)合材料的晶相、形貌、表面化學(xué)狀態(tài)、光吸收性能及光載流子分離效率等性質(zhì)進(jìn)行表征。在可見光(λ420nm)下用羅丹明B(Rh B)的去除率評(píng)估Ag2MoO4/Ag3VO4復(fù)合材料的光催化性能,5%Ag2MoO4/Ag3VO4復(fù)合材料(Ag2MoO4與Ag3VO4的摩爾比為0.05:1)的光催化活性最高,高于Ag2MoO4和Ag3VO4,在6min內(nèi)能降解93%的Rh B,光降解速率常數(shù)為0.4797min-1,分別是Ag3VO4和Ag2MoO4的2.92和66.82倍。四次循環(huán)實(shí)驗(yàn)后,Ag3VO4對(duì)Rh B的去除率降至36.8%,5%Ag2MoO4/Ag3VO4對(duì)Rh B的去除率依然保持85%以上,有效抑制了 Ag3VO4的光腐蝕。Ag2MoO4的引入能改變Ag2MoO4/Ag3VO4的晶粒大小,改善Ag3VO4顆粒的團(tuán)聚現(xiàn)象,同時(shí)由于Ag的SPR效應(yīng)以及作為Z型體系的橋梁,促進(jìn)了光生載流子的分離,保留了復(fù)合催化材料組分中氧化還原能力較強(qiáng)的光生電子和空穴,Ag2MoO4/Ag/Ag3VO4的光催化性能和穩(wěn)定性得以提高。光催化體系中產(chǎn)生的超氧自由基(·O2-)、光生空穴(h+)和超氧自由基(·OH)是促使Rh B降解的主要活性物種,h+對(duì)光催化降解影響最大。采用原位沉淀法和光還原方法合成了具有可見光活性的Ag@AgI/CdWO4(AICW)等離子體光催化劑,并對(duì)復(fù)合材料的晶相、形貌、表面化學(xué)狀態(tài)、比表面積、光吸收性能及光載流子分離效率等性質(zhì)進(jìn)行表征。在可見光(λ420nm)下用羅丹明B(Rh B)和四環(huán)素(TC)的去除率評(píng)估Ag@AgI/CdWO4復(fù)合材料的光催化性能,AICW-3復(fù)合材料(最佳比例)的光催化活性最高,高于Ag@AgI(AI)和CdWO4(CW)。在最佳實(shí)驗(yàn)條件下(催化劑的濃度為0.2g/L,初始污染物的濃度為20mg/L),AICW-3經(jīng)24min光照后對(duì)Rh B的去除率為99.3%,光降解速率常數(shù)為0.1675min-1,分別是AI和CW的2.43和139.58倍;AICW-3經(jīng)20min光照后,對(duì)TC的去除率為77.0%,光降解速率常數(shù)為0.1077min-1,分別是AI和CW的2.61和538.50倍。五次循環(huán)實(shí)驗(yàn)后,AICW-3均保持較高的光催化活性,對(duì)Rh B和TC的去除率分別為90.2%和67.6%。Ag@AgI與CdWO4形成合適的復(fù)合能帶結(jié)構(gòu),縮小復(fù)合材料的帶隙值,促進(jìn)光吸收以及光生載流子分離,同時(shí)由于Ag的SPR效應(yīng),Ag@AgI/CdWO4光催化性能和穩(wěn)定性得以提高。光催化體系中產(chǎn)生的超氧自由基(·O2-)、光生空穴(h+)、超氧自由基(·OH)和碘原子(I0)是促使Rh B和TC降解的主要活性物種,·O2-對(duì)光催化降解影響最大。
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O643.36;O644.1
【圖文】：

圖１．１光催化原理圖逡逑

體內(nèi)重組逡逑Ｈ２０、ＯＨ逡逑圖１．１光催化原理圖逡逑Ｆｉｇ邋１．１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ逡逑１．邋２等離子體光催化劑逡逑目前傳統(tǒng)光催化材料存在量子效率低、光利用率低、材料不穩(wěn)定及實(shí)際應(yīng)用逡逑困難等缺陷，針對(duì)這些問題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要基于兩種思路來(lái)擴(kuò)寬光催化材料的逡逑光響應(yīng)范圍以及提高其量子效率：一種是基于Ｔｉ０２等普通半導(dǎo)體材料的改性研逡逑究，主要包括金屬和非金屬摻雜［９１、貴金屬沉積［１（）］、染料敏化［１１］、與其他半導(dǎo)體逡逑構(gòu)建異質(zhì)結(jié)Ｍ等；另一種是開發(fā)新型復(fù)合光催化劑，如等離子體光催化劑［１３］、逡逑金屬－有機(jī)框架（ＭＯＦｓ）光催化剜１４］、碳量子點(diǎn)（ＣＱＤｓ）復(fù)合光催化劑［１５］、上轉(zhuǎn)逡逑換近紅外光催化劑［１６］等。逡逑在眾多新型復(fù)合光催化劑中，等離子體光催化劑通過(guò)控制貴金屬納米粒子的逡逑尺寸、形狀等將其沉積于合適的極性半導(dǎo)體，以達(dá)到優(yōu)化材料的光催化活性和量逡逑子效率的目的，被認(rèn)為是最有前景的高效光催化劑。因此，我們將從等離子體光逡逑催化材料出發(fā)，簡(jiǎn)述其概念、優(yōu)勢(shì)及研[傁腫

本文編號(hào)：2764820