负载型Ag3PO4异质光催化剂的制备与性能研究

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Ag3PO4 n型半导体是一种新型可见光催化剂,其间接带隙宽度为2.36eV,可以吸收波长在525nm以内的紫外光和可见光。Ag3PO4价带位置较低,导带中π*反键轨道的存在使电子迁移率远大于空穴,使电子和空穴能有效分离。这些特征使 Ag3PO4在可见光照射下,具有极强的氧化性及分解有机物的能力,且量子产率高,当波长大于420nm时,其量子产率高达90%以上。但纯Ag3PO4材料具有在水中微溶(0.02g/L),对光敏感,长期储存后不稳定以及成本高等缺点。  本论文旨在选取不同种类的二维材料与 Ag3PO4复合,探索 Ag3PO4基复合可见光催化剂的制备方法,得到光催化活性高,稳定性好的可见光催化剂。本论文首先系统介绍了光催化剂的反应机理、研究概况,以及Ag3PO4可见光催化剂的基本特性和研究进展。随后,详细阐述了 Ag3PO4/MoS2,Ag3PO4/WS2及Ag3PO4/Ag2S三种复合可见光催化剂的制备方法,并采用SEM、XRD、XPS及UV-vis等测试手段对合成的材料进行表征,进一步分析复合可见光催化剂的形貌、结构、光催化性能,以及光催化反应机理。具体研究结果如下:  1.用两步法合成出Ag3PO4/MoS2复合可见光催化剂,提高了Ag3PO4的稳定性和可见光催化性能。首先,用可除去的ZnS-乙二胺无机-有机杂化模板制得由少层MoS2薄片自组装而成的分级花状MoS2。随后,MoS2中的氨基诱导Ag3PO4纳米颗粒在其表面原位生长,得到Ag3PO4/MoS2复合材料。UV-vis测试表明花状 MoS2的加入增加了 Ag3PO4在可见光区域内对光的吸收,有利于可见光催化性能的提高。此外,花状MoS2具有很强的吸附性能,可以增加对染料的吸附,同样对光催化性能产生积极的影响。光催化实验表明,在制备过程中控制Ag3PO4和MoS2的比例,得到的所有Ag3PO4/MoS2样品与纯Ag3PO4相比,在可见光照射下,降解有机染料(罗丹明B)的能力和稳定性均显著提高,且有一个最佳的比例(MA0.01),使复合材料的光催化性能最优,9min可使罗丹明B完全降解。  2.在水中,用液相剥离法得到少层 WS2薄片。随后,WS2片诱导 Ag3PO4纳米颗粒在其上成核,生长,得到Ag3PO4/WS2复合可见光催化剂。WS2表面和边缘的S原子在形成稳定结构的Ag3PO4/WS2复合材料中起到重要作用,且WS2的加入有利于Ag3PO4的可见光催化性能和稳定性的提高。另外,在实验过程中可以通过控制CH3COOAg的浓度来调节复合材料中Ag3PO4和WS2的比例。光催化实验表明,与纯 Ag3PO4相比,制得的不同比例的Ag3PO4/WS2复合材料的可见光催化性能和稳定性均有显著提高,性能最优的材料(AW0.01样品)可以在9min内使罗丹明B完全降解。WS2的UV-vis漫散射光谱表明在水中剥离得到的WS2薄片在可见光范围内有较强的吸收峰,且对其进行带隙测定,约为1.9eV。因此WS2的能带和Ag3PO4的能带相匹配,有助于电子和空穴的分离,从而提高Ag3PO4的可见光催化性能。  3.用ZnS-乙二胺杂化模板和阳离子交换法制得片状Ag2S,在其上原位生长Ag3PO4纳米颗粒,得到Ag3PO4/Ag2S复合可见光催化剂。Ag2S中的氨基可以诱导 Ag3PO4纳米颗粒在其上生长并且均匀分布,抑制了 Ag3PO4纳米颗粒聚集成较大的多面体结构,且Ag2S的加入可以增加材料在可见光范围内对光的吸收。在制备过程中,控制AgNO3的浓度,合成含不同比例的Ag3PO4和Ag2S的复合材料。光催化实验表明,Ag2S的含量对Ag3PO4/Ag2S复合材料的光催化性能有重要的影响,适量的Ag2S(AA1.5样品)可以显著提高材料在可见光照射下,降解有机物的能力,11min可使罗丹明B完全降解,但过量的Ag2S会导致材料的光催化性能下降。
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