銀[I]基半導(dǎo)體復(fù)合材料的制備及光催化性能研究.pdf

1、光催化技術(shù)是一種利用太陽光、無二次污染、能徹底分解有機污染物的環(huán)境控制技術(shù)。目前,對可見光利用不充分和催化劑的量子效率低成為了制約光催化技術(shù)發(fā)展的主要因素。因此,拓展光催化劑的光響應(yīng)范圍和提高催化劑的量子效率成了發(fā)展光催化技術(shù)的當(dāng)務(wù)之急。銀[I]基半導(dǎo)體材料雖具有極好的光催化活性,但其易受光腐蝕,導(dǎo)致其不穩(wěn)定。本論文旨在將銀[I]基半導(dǎo)體材料與其它的支撐材料(氧化石墨烯、氮摻雜石墨烯和類石墨相的氮化碳)或半導(dǎo)體材料形成復(fù)合物,增強對染料

2、的吸附能力,減小帶隙寬度,提高光生電子-空穴對的分離效率,從而提高其在可見光下催化降解有機染料的活性和穩(wěn)定性。主要內(nèi)容如下:
　　1.利用氧化石墨烯(GO)-Ag(NH3)2+與 NaHCO3通過簡單、有效的沉淀法制備了GO-Ag2CO3復(fù)合材料,在可見光照射下復(fù)合材料對于羅丹明B、甲基橙和亞甲基藍等有機染料的降解具有比純的Ag2CO3更高的光催化活性。當(dāng)復(fù)合材料中GO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9％時,對于羅丹明B具有最高的光催化降解效率,

3、是純的Ag2CO3的2倍。GO-Ag2CO3復(fù)合材料增強的光催化活性歸因于增強的光吸收、光生電子的高的遷移效率和良好的電子受體抑制了光腐蝕。GO的引入有效地抑制了 Ag2CO3的光腐蝕,這是由于光生電子從 Ag2CO3的表面轉(zhuǎn)移到了 GO薄片上減少了Ag+變成Ag0的可能性,這導(dǎo)致了在光催化反應(yīng)中 GO-Ag2CO3復(fù)合材料可以擁有增強的穩(wěn)定性和可循環(huán)性。GO-Ag2CO3復(fù)合材料對羅丹明B的降解主要歸因于空穴和超氧根離子自由基,而羥基

4、自由基在整個過程中僅僅起到了相對很小的作用。同時我們提出了可能的機理。這個簡單直接的方法在構(gòu)建不同的GO基的異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化劑方面具有潛在的應(yīng)用。
　　2.采用簡單的共沉淀法制備了氮摻雜石墨烯(NG)-AgX@Ag(X=Br, Cl)復(fù)合材料。在可見光照射下降解羅丹明B染料,復(fù)合材料比相應(yīng)的AgX@Ag具有更高的光催化活性,這可能歸因于 NG修飾后更多的光吸收,增強的吸附能力和更有效的光生電子-空穴對的分離三者的協(xié)同效應(yīng)。NG-Ag

5、X@Ag(X=Br, Cl)復(fù)合材料對于羅丹明B的降解效率分別為86%和89%,分別為相應(yīng)的AgX@Ag(X=Br, Cl)的2倍和1.8倍。所制備的復(fù)合材料還具有相對高的穩(wěn)定性。該研究為新型、高效和穩(wěn)定的使用可見光作為能量來源的氮摻雜石墨烯基的等離子體光催化劑提供了新的發(fā)展可能。
　　3.采用兩步法,即在馬弗爐中550°C直接煅燒三聚氰胺4 h制備類石墨相的氮化碳( g-C3N4)和原位沉淀法制備了一系列含有不同 g-C3N4量

6、的g-C3N4/Ag2CO3亞微米棒復(fù)合材料。我們發(fā)現(xiàn)對于在可見光照射下降解染料,含適量g-C3N4的g-C3N4/Ag2CO3亞微米棒復(fù)合材料具有比純的Ag2CO3亞微米棒更高的光催化活性。當(dāng)復(fù)合材料中g(shù)-C3N4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%時,對于羅丹明B和亞甲基藍具有最高的光催化降解速率常數(shù),分別為純的Ag2CO3的2倍和1.7倍。該工作提供一種簡單、高效的通過使用太陽能去除有機污染物的方法。
　　4.采用簡單的水熱(溶劑熱)法制備

7、了三種形貌的ZnO納米材料:ZnO納米棒、ZnO納米粒子和ZnO納米短棒。然后采用原位沉淀的方法成功地制備了三種具有不同摩爾比的Ag3PO4-ZnO復(fù)合材料。并且研究了不同的Ag3PO4和ZnO摩爾比對復(fù)合材料在可見光照射下降解染料羅丹明 B的光催化性能的影響,發(fā)現(xiàn)Ag3PO4和ZnO摩爾比分別為1:40、1:40和1:120時,Ag3PO4-ZnO納米棒(1:40)、Ag3PO4-ZnO納米粒子(1:40)和Ag3PO4-ZnO納米短

8、棒(1:120)復(fù)合材料具有比相應(yīng)的純的ZnO更高的光催化活性。同時,它們的循環(huán)降解性能均優(yōu)于純的Ag3PO4納米粒子。最后研究了不同的捕獲劑對于其催化效率的影響,結(jié)果表明Ag3PO4-ZnO復(fù)合材料降解羅丹明B主要歸因于羥基自由基或空穴的直接氧化。
　　5.先采用已經(jīng)報道的水熱法制備了花狀的Bi2O2CO3微米結(jié)構(gòu),接著原位沉淀法制備了 Ag3PO4-Bi2O2CO3復(fù)合材料。對于羅丹明 B的降解,制備的復(fù)合材料與純的 Bi2O

9、2CO3相比,具有更高的可見光催化活性。增強的光催化活性歸因于變窄的帶隙導(dǎo)致的增強的光吸收和光生電子-空穴對的有效的分離。光催化反應(yīng)遵循準(zhǔn)一級反應(yīng)動力學(xué)。羅丹明 B溶液的初始濃度越低,Ag3PO4-Bi2O2CO3復(fù)合材料對其降解效率越高。最后,Ag3PO4-Bi2O2CO3復(fù)合材料對羅丹明B的降解主要歸因于空穴和超氧根離子自由基,而羥基自由基和電子在整個過程中僅僅起到了相對很小的作用。
　　6.通過硝酸銀和亞硫酸鈉之間簡單的沉淀

10、法制備了Ag2SO3亞微米粒子,并且對純的Ag2SO3的光催化性能進行了系統(tǒng)的研究:通用的有機染料(羅丹明B、亞甲基藍和甲基橙)降解能力、循環(huán)能力、反應(yīng)動力學(xué)和添加不同的捕獲劑對其降解效果的影響。結(jié)果表明:對于羅丹明B的降解,Ag2SO3亞微米粒子具有比商用 TiO2(P25)更高的可見光催化活性,準(zhǔn)一級反應(yīng)動力學(xué)常數(shù)約為1.7倍;加入犧牲劑 Na2SO3后,可以有效地抑制循環(huán)光催化降解有機染料反應(yīng)過程中Ag2SO3亞微米粒子的光腐蝕;