Ag6Si2O7/WO3复合光催化剂的制备及可见光催化性能研究

来源 :中国地质大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:hasolao
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硅酸盐中独特的SiO4四面体结构易畸变导致极化,这些极性四面体的排列在硅酸盐材料的内部会构建一个极化电场。另外在过渡金属离子存在的情况下,复杂的过渡金属配位环境将会为光生电子在硅酸盐内部相连多面体之间的转移提供了更多的可能性。在硅酸盐化合物中极有可能会发现具有高效光催化活性的材料,其中Ag6Si2O7是一种新型的非金属含氧酸盐光催化剂,具有良好的可见光催化活性。但由于存在成本较高,光生电子-空穴易复合,稳定性差等不足,其实际应用受到限制。本文利用Ag6Si2O7与WO3能级交叉匹配的特点,通过简单的超声辅助法制备了一系列不同摩尔比的Ag6Si2O7/WO3复合光催化剂。采用XRD、FE-SEM、EDS、UV-Vis DRS、XPS、ICP-OES等手段,对所制备催化剂的物相、组成、形貌及光吸收性能等进行了测试表征。结果表明,采用该法成功地合成出了Ag6Si2O7/WO3复合光催化剂。复合样品中Ag元素以Ag+形式存在,W元素以W6+的形式存在,Si元素则以Si4+的形式存在,复合后Ag6Si2O7与WO3均匀的掺杂在一起,吸收边带相比于纯的WO3发生明显的红移,从而可见光催化性能随之增强。以有色染料亚甲基兰(MB)为目标污染物,考察了Ag6Si2O7与WO3的摩尔比对Ag6Si2O7/WO3光催化活性的影响。发现随着Ag6Si2O7/WO3摩尔比的增加,光催化降解活性呈现先上升后下降的趋势,摩尔比为1:1时MB去除率最高,30min时达到97.4%,远高于WO3对MB去除率的14%及Ag6Si2O7对MB去除率的87.3%。表观速率常数约为Ag6Si2O7的1.59倍,WO3的44.6倍。1h时对MB的矿化率达到48.7%,仍远高于Ag6Si2O7(27.7%)和WO3(14.9%),证明了Ag6Si2O7/WO3(1:1)优越的光催化活性。通过具有相同重量可见光活性组分的不同光催化剂降解MB的光催化活性比较,发现Ag6Si2O7/WO3(1:1)复合体的光催化活性远高于Ag6Si2O7和WO3的简单混合。30min时表观速率常数约为简单混合的2.88倍。对甲基橙(MO)和罗丹明B(RhB)也表现出优越的光催化活性,降解顺序为MB>RhB>MO。对无色化合物2,4-二氯苯酚同样表现出明显高于单一Ag6Si2O7和WO3的活性,可见光下降解12h后矿化率为40%,表明染料敏化不是Ag6Si2O7/WO3(1:1)光催化降解三种染料的主要作用。Ag6Si2O7/WO3(1:1)重复使用三次,对MB和2,4-二氯苯酚没有明显的光催化活性下降,60min后对MB的去除率仍高达90%以上,12h后对2,4-二氯苯酚的去除率仍高达70%以上。表明Ag6Si2O7/WO3(1:1)是稳定高效的光催化剂。结合光致发光光谱和自由基捕获实验结果,Ag6Si2O7/WO3(1:1)复合光催化剂可见光催化降解有机物活性提高的主要原因为:摩尔比为1:1的Ag6Si2O7与WO3复合,Ag6Si2O7附着在WO3的表面,两者在接触界面形成了异质结,异质结的形成有效抑制了光生电子-空穴对的复合,从而促进了有机污染物的光催化降解。·OH为Ag6Si2O7/WO3(1:1)光催化降解有机物的主要活性物种。
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