银基复合光催化剂的制备及光催化性能的研究

来源 :曲阜师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ourl123
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光催化技术可以直接将太阳能转化为化学能,在环境净化和能源开发领域具有诱人的应用前景。然而,传统单一的光催化材料存在太阳能利用率低、电子空穴复合效率高的问题。本论文以几种银基光催化剂Ag3PO4、Ag2S、AgVO3为研究对象,提出通过构筑异质结、核/壳结构的策略制备复合光催化剂,从而达到增强光吸收性能和提高光生载流子分离效率的目的,为设计合成高效稳定以及宽光谱响应的光催化材料提供了实验依据和理论研究价值。论文主要研究内容如下:1、采用简单化学沉积法将负载量为(0.017~4.89 wt%)的Ag3PO4纳米颗粒修饰在In2S3表面,构筑了Ag3PO4/In2S3复合光催化材料。由于In2S3多孔微球的限域效应,Ag3PO4纳米颗粒被高度分散于In2S3表面。所得Ag3PO4/In2S3复合物在可见光照射下对多种有机物表现出优异的降解性能。当Ag3PO4的沉积量仅为0.086 wt%时,Ag3PO4/In2S3的光催化性能是纯In2S3的6倍。进一步研究结果表明,复合物通过原位生成的Ag纳米颗粒作桥梁构成Z-型Ag3PO4/Ag/In2S3异质结体系。在光催化过程中,Ag3PO4导带上的电子和In2S3价带上的空穴在Ag纳米桥上复合,而Ag3PO4价带上的空穴和In2S3导带上的电子实现了高效分离,显著增强了复合物的光催化活性和稳定性。该研究首次将Ag-Ag3PO4作为助催化剂提高半导体材料的光催化活性。2、采用原位阴离子交换法构筑了具有核/壳结构的Ag2S/Ag3PO4复合光催化剂,通过改变S2-的浓度,调控制备了部分包覆和全包覆Ag2S/Ag3PO4核/壳复合光催化剂。在较低S2-浓度下(1-5%),Ag2S纳米晶尺寸为5纳米,部分沉积在十二面体Ag3PO4晶核外,所得Ag2S-5%/Ag3PO4在可见光下表现出优异的光催化性能,在120 min之内几乎将MO完全降解;在较高S2-浓度下(10-50%),Ag2S纳米晶尺寸为20-50纳米,紧密包覆在十二面体Ag3PO4晶核外,所得Ag2S-50%/Ag3PO4在红外光照射下表现出优异的光催化性能,在250 min之内降解了30%的MO。进一步研究发现,光催化过程中生成的金属Ag纳米颗粒在可见光和红外光照射下分别充当电荷传输和电子捕获剂的角色,形成了稳定的Ag2S/Ag/Ag3PO4和Ag/Ag2S/Ag3PO4体系。Ag2S的引入拓宽了Ag3PO4的光吸收范围,提高了对太阳能的利用率。3、采用简单水热法一步合成了Ag2S/AgVO3/Ag三元复合体系,随着初始物S2-浓度增加,产物中AgVO3的晶相从稳定的β相转变成亚稳态的α相,AgVO3的形貌也由纳米带分裂成纳米线,同时会在AgVO3表面原位生成更多的Ag纳米颗粒。在可见光照射下,Ag2S/α-AgVO3/Ag降解Rh B的性能分别是Ag/b-AgVO3和Ag/Ag2S的8.5和4.3倍。Ag2S的敏化效应、AgVO3晶相转变以及三元体系载流子的高效分离是Ag2S/α-AgVO3/Ag具有高效光催化活性的主要原因。
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