銀基納米結(jié)構(gòu)材料的制備及其光催化性能研究.pdf

1、環(huán)境污染與能源短缺是當(dāng)今世界面臨的兩個(gè)重大挑戰(zhàn)。光催化既能直接利用太陽(yáng)光催化降解水和空氣中的污染物，也能通過(guò)染料敏化太陽(yáng)能電池將低密度的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為高密度的電能，是解決環(huán)境污染與能源危機(jī)的重要手段。傳統(tǒng)光催化材料(如 TiO2)具有光響應(yīng)區(qū)間窄和量子產(chǎn)率低的缺點(diǎn)，極大的限制了其在社會(huì)生活和工業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，銀類光催化劑(如AgX(X=Cl、Br、I)、Ag3PO4、Ag2O、銀-半導(dǎo)體等)具有可見光響應(yīng)和量子產(chǎn)率較

2、高等優(yōu)點(diǎn)，在光催化領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注并且有著廣闊的應(yīng)用前景。為了滿足實(shí)際應(yīng)用的需求，進(jìn)一步提高銀類光催化劑的光催化效率非常有必要。本論文從三個(gè)層面進(jìn)行了一些探索：1)構(gòu)建Ag8W4O16/Ag2復(fù)合光催化劑；2)構(gòu)建大比表面Ag/ZnO光催化劑；3)構(gòu)建具有特殊結(jié)構(gòu)的Ag2O光催化劑。具體工作如下：
　　 第一，以Ag8W4O16納米棒為模板，通過(guò)加入Na2S溶液利用陰離子原位交換法制備了Ag8W4O16/Ag2S核殼納米棒結(jié)構(gòu)。

3、探討了Na2S的濃度對(duì)Ag8W4O16/Ag2S核殼納米棒的形貌和微觀結(jié)構(gòu)的影響，并且提出了Ag8W4O16/Ag2S核殼納米棒的形成機(jī)理：S2-與WO42-通過(guò)原位離子交換反應(yīng)優(yōu)先發(fā)生在Ag8W4O16納米棒的表面，使 Ag2S納米粒子均勻地包覆在Ag8W4O16納米棒的表面，通過(guò)調(diào)節(jié)Na2S的濃度可以對(duì)Ag2S殼層進(jìn)行有效的調(diào)控。光催化活性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)Na2S溶液濃度為0.5 mM時(shí)，Ag8W4O16/Ag2S(Ag2Swt％=

4、1.24 wt％)核殼納米棒復(fù)合光催化劑具有最好的可見光光催化活性，其反應(yīng)速率常數(shù)(k=2.08×10-2 min-1)分別是Ag8W4O16納米棒和Ag2S納米顆粒的4.5和41.5倍。
　　 第二，通過(guò)一種簡(jiǎn)單的低溫濕化學(xué)方法合成了Ag改性的ZnO(Ag/ZnO)納米晶。采用X射線衍射(XRD)、場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FESEM)、高分辨透射電鏡(TEM)、N2吸附-脫附等溫線(BET)、紫外可見漫反射(UV-vis)和熒光光致激

5、發(fā)(PL)對(duì)所制樣品的相結(jié)構(gòu)、微觀形態(tài)和光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行表征。室溫下通過(guò)紫外光降解甲基橙水溶液來(lái)檢測(cè)樣品的光催化活性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所制備的ZnO納米晶的尺寸大約為5 nm，具有良好的光催化活性，降解甲基橙溶液的表觀速率常數(shù)(k)為1.57×10-2 min-1；當(dāng)Ag的負(fù)載量為3 at％時(shí)，Ag/ZnO表現(xiàn)出最好的光催化活性，其速率常數(shù)(k)為5.45×10-2 min-1，分別是ZnO和商業(yè)P25的3.5和2.5倍。
　　 第三

6、，通過(guò)室溫沉淀法合成了立方體、邊角切削八面體和八面體結(jié)構(gòu)Ag2O納米晶體。對(duì)所制備的樣品進(jìn)行了一系列的表征(XRD、SEM、TEM、UV-vis、BET和XPS)，表明立方體結(jié)構(gòu)Ag2O納米晶體主要以{100}面為主，而八面體結(jié)構(gòu)的Ag2O納米晶體以{111}面為主。光催化實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在光降解的前90分鐘里，{111}面為主的八面體較{100}面為主的立方體表現(xiàn)出更好的可見光光催化活性，其反應(yīng)速率常數(shù)是后者的2.58倍。由于{111}面上