本文關(guān)鍵詞：含銀系列光催化劑的合成及其催化性能的研究

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【摘要】：光催化技術(shù)由于在環(huán)境污染治理方面表現(xiàn)出巨大的潛力而受到廣泛關(guān)注。以二氧化鈦為例,它能夠?qū)⒂袡C污染物礦化成無毒無害的小分子物質(zhì),但是TiO2自身也存在很多缺陷,比如較高的電子空穴復(fù)合率、只能吸收紫外光以及回收困難等問題。因此,我們需要對TiO2進(jìn)行改性修飾或開發(fā)新的光催化材料。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),新型可見光光催化材料Ag3PO4(2.36 eV)是一種高效的光催化材料。通過研究Ag3PO4的結(jié)合能發(fā)現(xiàn),P-O鍵具有非常強的鍵和能力,使得具有四面體結(jié)構(gòu)的PO43-弱化了 Ag-O共價鍵,阻止了 Ag 4d與O 2p發(fā)生雜化,從而使4d軌道偏離導(dǎo)帶底部。分布在導(dǎo)帶底部的被離域了的電荷對電子的作用比較弱,因此有利于電子傳輸?shù)奖砻�。朱永法課題組利用密度泛函理論計算了Ag3PO4的晶體結(jié)構(gòu)和能帶結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)Ag3PO4具有較高的氧化能力和量子效率,分析原因主要有兩個:一是Ag3PO4的價帶位置低,使得價帶上的空穴具有較強的氧化能力;二是在Ag3PO4的導(dǎo)帶中存在π*分子軌道,使得電子的遷移速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于空穴,再加上PO43-的誘導(dǎo)作用,能夠使電子和空穴得到有效分離。磷酸銀單體雖然是一個優(yōu)異的光催化材料,但在提高其穩(wěn)定性和光催化活性方面仍面臨巨大的挑戰(zhàn)。本文主要以可見光響應(yīng)型光催化劑Ag3PO4和Ag/AgBrO3為研究對象,主要研究內(nèi)容如下:(1)通過簡單的水熱法合成Ni2+-Ag3PO4光催化劑,該催化劑在降解有機污染物方面表現(xiàn)出了優(yōu)異的光催化性能。并用X-射線衍射(XRD)、透射電鏡(TEM)、掃描電鏡(SEM)、紫外-可見吸收光譜(UV-vis)、X射線光電子能譜(XPS)、總有機碳分析儀和電子自旋共振波普儀(ESR)對樣品進(jìn)行了表征。通過在可見光(λ420 nm)照射下降解MO染料來評估Ni2+-Ag3PO4的光催化性能。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)Ni2+的濃度為0.05 mol/L時,Ni2+-Ag3PO4的光催化降解效率最高,其動力學(xué)常數(shù)為磷酸銀的4倍。Ni2+的摻雜能夠提高磷酸銀的帶隙,加速對光子的利用率,提高電子和空穴的分離速率,因此使得Ni2+-Ag3PO4表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化性能。(2)通過離子交換法合成F-Ag3PO4光催化劑,它的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)通過X-射線衍射(XRD)、透射電鏡(TEM)、紫外-可見吸收光譜(UV-vis)、X射線光電子能譜(XPS)和電子自旋共振波普儀(ESR)表征出來。氟離子的摻雜改變了磷酸銀的性質(zhì),進(jìn)一步抑制了光生電子和空穴的復(fù)合。F0.05-Ag3PO4在降解MO染料時表現(xiàn)出最優(yōu)異的光催化性能,經(jīng)過光催化機理測試分析得出·OH是該光反應(yīng)體系中主要的活性物種。F-的摻雜大大降低了 Ag3PO4表面·OH的缺陷,使得F-Ag3PO4光催化劑對MO的降解率得到一定程度的提高。(3)通過共沉淀法合成AgBr/Ag3PO4復(fù)合光催化劑,并用XRD、TEM、UV-vis等表征手段來分析AgBr/Ag3PO4復(fù)合物的結(jié)構(gòu)、形貌和光學(xué)性能。光催化降解實驗結(jié)果表明AgBr/Ag3PO4復(fù)合光催化劑的降解效率比Ag3PO4和AgBr的高,這是由光生電子和空穴的快速分離導(dǎo)致的。通過光催化機理測試證實了羥基自由基是主要的活性物種,對MO染料的降解起到了主要作用。(4)通過將AgNO3和NaBrO3的溶液混合合成Ag/AgBrO3光催化劑,利用XRD、TEM、UV-vis和XPS等表征手段對樣品進(jìn)行了分析。通過紫外-可見吸收光譜推導(dǎo)出Ag/AgBrO3的禁帶寬度為3.97 eV,表明該催化劑能在紫外光范圍內(nèi)被激發(fā)。在相同條件下,Ag/AgBrO3光催化劑表現(xiàn)出比N-TiO2更優(yōu)異的光催化活性。用ESR技術(shù)檢測了 Ag/AgBrO3光反應(yīng)體系中產(chǎn)生的主要活性基團,發(fā)現(xiàn)·OH和·O2-在RhB的降解中起主要作用。
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ426;X505

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

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本文編號：1285513