Ag3PO4/Ag/MoS2材料的制备、表征与光催化产氧机理研究

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MoS2/Ag3PO4异质结光催化材料近些年在染料降解以及光解水反应中很受关注;普遍认为其催化机制是基于两种材料能带匹配良好所诱发的Z机制效应。通过在材料界面处制造出大量的分散金属位点作为复合中心,可以使来自Ag3PO4导带上的电子与来自MoS2价带上空穴能更高效的复合,从而提高的Ag3PO4电子-空穴分离效率。但是,Z机制的高效运转需要有高分散复合中心的参与,目前尚无证据证明在MoS2/Ag3PO4体系中存在这样的界面复合中心。论文通过浸渍-沉淀法制备了具有强界面相互作用的MoS2/Ag/Ag3PO4三相异质结催化材料;XPS、HRTEM、EDS-mapping等结果表明,原位合成的MoS2/Ag3PO4界面处存在大量高分散的Ag原子簇;并且,在界面处MoS2会与Ag3PO4中的PO43-产生键结,形成Mo-O-P键。制备的MoS2/Ag/Ag3PO4相比纯相Ag3PO4,光催化分解水产氧效率提高了2.8倍(3小时),这是已有报道中实现的最高增强比。本论文制备材料的高催化活性产氧材料可以归结于原位制备的三相界面带来的更高效的Z机制效应,即MoS2/Ag/Ag3PO4界面处的高分散Ag原子簇起到复合中心的作用,提高了Ag3PO4的电子-空穴分离效率,进而提高了水氧化的反应速度。为了进一步提高产氧催化活性,通过组分与结构调控的方式分别对Ag3PO4与MoS2进行了材料改性。通过对MoS2进行Ni2+的晶格掺杂,以及降低Ag3PO4粒度的方法都获得了比原生MoS2/Ag/Ag3PO4更高的催化活性。尤其是通过反微乳液法合成的5 nm左右的纳米Ag3PO4,与MoS2的复合材料取得了最高的3小时氧气产量。除此之外,对Ag3PO4进行晶格掺杂、形貌控制以及对MoS2做表面预处理等改性方法则没有取得良好效果。
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