可見光催化劑AgIO4、HgI2和HgO的制備及其降解有機(jī)染料的性能研究.pdf

1、本文在能源短缺和環(huán)境污染兩大問(wèn)題的背景下展開了對(duì)光催化技術(shù)的研究。光催化反應(yīng)是光催化劑直接吸收利用太陽(yáng)能從而降解有機(jī)污染物的反應(yīng)。因而光催化技術(shù)存在兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：一是光催化劑的開發(fā)，二是光催化劑對(duì)太陽(yáng)能的有效利用。通常地，光催化劑易吸收利用太陽(yáng)能中的紫外光能量，而紫外光能量只占太陽(yáng)能的很小一部分（4％左右），其中47％左右為可見光能量。早年，科研工作者所發(fā)現(xiàn)的光催化劑TiO2只能吸收利用紫外光能量來(lái)降解有機(jī)污染物。為了能有效利用充裕的可見

2、光能量，隨后，科研工作者又開發(fā)了高效的可見光催化劑如Ag3PO4、AgI等，但它們?cè)诠獯呋磻?yīng)過(guò)程中易發(fā)生光腐蝕，以致其光催化能力被大大地削弱。因此，研制出高活性高穩(wěn)定性的可見光催化劑是本工作的研究重點(diǎn)。本工作采用簡(jiǎn)便的沉淀法分別成功制備了三種新型可見光催化劑AgIO4、HgI2和HgO，利用掃描電鏡、能譜儀、X-射線衍射、紫外可見漫反射等技術(shù)對(duì)它們分別進(jìn)行了一系列性能表征；通過(guò)在波長(zhǎng)大于420nm的可見光照射下降解羅丹明B、亞甲基藍(lán)以

3、及甲基橙染料分別測(cè)試了它們的活性，或者通過(guò)添加Na2-EDTA、叔丁醇和對(duì)苯醌三種捕獲試劑分別探索了它們?cè)诠獯呋到饬_丹明B反應(yīng)中的活性物種，以及通過(guò)循環(huán)降解羅丹明B實(shí)驗(yàn)測(cè)試了它們的光穩(wěn)定性。研究結(jié)果如下：
　　（1）制備了新型可見光催化劑AgIO4，其外觀呈黃色且為菱形形狀，對(duì)可見光的吸收帶邊約在468nm處，禁帶寬度Eg值約為2.65eV，導(dǎo)帶邊緣電勢(shì)ECB為0.96eV，價(jià)帶邊緣電勢(shì)EVB為3.61eV。而且，AgIO4的導(dǎo)

4、帶位置遠(yuǎn)比羅丹明B分子的最低空軌道高，且非常接近于羅丹明B分子的最高占有軌道。通過(guò)測(cè)試得知AgIO4能高效降解羅丹明B主要是由于AgIO4增強(qiáng)了羅丹明B染料自身的光敏化作用，而這主要?dú)w因于其特殊的能帶結(jié)構(gòu)。此外，AgIO4具有比Ag3PO4和Ag3AsO4更高的光降解羅丹明B活性，在光降解羅丹明B過(guò)程中有AgO產(chǎn)生，這可能與其價(jià)帶電位高促使光生空穴的氧化能力強(qiáng)有著密切的聯(lián)系。
　　而AgO的產(chǎn)生使AgIO4的光降解活性降低，但通過(guò)

5、稀硝酸洗滌后，其光降解活性又恢復(fù)如新鮮制備的AgIO4，說(shuō)明AgIO4是一種高活性且易再生利用的新型可見光催化劑。
　?。?）制備了新型可見光催化劑HgI2，其外觀呈紅棕色粉末狀，其對(duì)可見光的吸收帶邊約在600nm處，這比Ag3PO4（約為530nm）和AgI（約為440nm）對(duì)可見光光譜的響應(yīng)范圍更廣。它光催化降解羅丹明B的活性接近于Ag3PO4而明顯高于AgI，這與它的光生載流子復(fù)合率低有很大的關(guān)系。在光催化反應(yīng)過(guò)程中，?O2

6、-自由基是對(duì)其高效降解羅丹明B起主要作用的活性物種，而且HgI2至少能被循環(huán)使用三次用于降解羅丹明B，在每一次循環(huán)降解過(guò)程中，其光催化活性以及其晶體結(jié)構(gòu)與新鮮制備的HgI2基本一致。因此HgI2是一種高活性且高穩(wěn)定性的新型可見光催化劑。
　?。?）制備了新型可見光催化劑HgO，其外觀呈深黃色粉末狀，其對(duì)可見光的吸收帶邊約在550nm處，禁帶寬度Eg值約為2.25eV，并且其價(jià)帶邊緣電勢(shì)EVB為3.69eV，導(dǎo)帶邊緣電勢(shì)ECB為1.