纳米银的氧化及其光催化性能提高

发布时间：2020-08-17 20:34

【摘要】：纳米Ag颗粒具有局域表面等离激元共振(LSPR)特性,能够诱导可见光光催化,因此在光催化领域具有广泛应用。本组前期研究表明,纳米Ag经过等离子体氧化后,光催化性能大幅度提高,为探究机理,本文研究了纳米Ag的氧化及其氧化物的分解过程。另外,金属纳米颗粒复合亦能够显著提高纳米Ag的光催化性能,本文采用纳米Cu颗粒与纳米Ag颗粒复合,探究纳米AgCu复合对纳米Ag光催化性能的改善并分析其机理。主要包括以下两个部分:第一部分探究了纳米Ag的氧化及其氧化物的分解过程。首先采用真空电阻蒸发镀膜方法制备纳米Ag颗粒膜。利用氧等离子体辐照不同时长对纳米Ag进行氧化,随后将氧化后样品在N_2中进行退火处理,调整退火温度及退火时间,将氧化银分解。对样品的紫外-可见吸收光谱、拉曼增强性能、物性变化及表面形貌进行了表征。根据表征结果建立了纳米Ag氧化及其氧化物分解过程的模型。研究结果表明,氧等离子体辐照不能使纳米Ag完全氧化,辐照时间延长会生成更高价态的氧化银。没有被氧化的纳米Ag的表面等离激元共振被氧化银阻尼,这种阻尼是提高光催化效率的机制之一,另外,氧化后表面吸附的亲电子氧也有助于提高光催化效率。第二部分探究了纳米AgCu复合对纳米Ag光催化性能的改善及改善机理。从构型、纳米Ag、Cu比例、样品表面含氧量三个方面进行了研究。采用真空电阻蒸发镀膜方法制备复合薄膜,改变纳米Ag、Cu的沉积顺序调整薄膜构型;改变纳米Cu、Ag颗粒膜厚度调整纳米Ag、Cu比例;利用氧等离子体辐照改变样品表面含氧量。对样品的紫外-可见吸收光谱及表面形貌进行了表征,测试样品的光催化性能。研究结果表明,纳米Cu、Ag颗粒复合的构型影响复合结构的光催化性能,以纳米Cu颗粒膜为基体沉积纳米Ag,可显著改善纳米Ag的光催化性能,对一定量的纳米Cu,沉积适量纳米Ag,可使纳米Ag/Cu薄膜光催化性能最佳,与纳米Ag相比,提升率最高达342%;纳米Ag/Cu薄膜经氧等离子体辐照后,光催化性能进一步提升约35%。分析了光催化性能的改善机理。本研究对纳米Ag光催化性能提升机理及方法的研究有科学意义,促进了纳米Ag在光催化领域的应用。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O643.36;TB383.1
【图文】：

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图 1.1 纳米 Ag 光催化机理示意图Fig 1.1 Schematic view for photocatalytic reaction mechanism of Ag1.3 提高纳米 Ag 光催化效率的方法纳米 Ag 作为光催化剂时，光生电子与空穴容易复合，限制了纳米 Ag 的光催化性能。为使纳米 Ag 可以更好地应用于光催化领域，需改善其光催化性能。目前用于提高纳米 Ag 光催化性能的方法大致可以分为以下几种：1、与 TiO2复合；2、将纳米 Ag 进行氧化；3、与其他金属纳米颗粒复合。1.3.1 TiO2复合改善光催化性能使用 TiO2与纳米 Ag 颗粒复合可以有效改善纳米 Ag 的光催化性能。因为由于 TiO2与纳米 Ag 的费米能级存在差异，当 TiO2与纳米 Ag 颗粒进行复合时，电荷将会从费米能级较高的 TiO2转移到费米能级较低的纳米 Ag 颗粒表面，当两者的费米能级达到平衡状态时，形成肖特基(Schottky)能垒。也就是说，当 TiO2半导体与金属 Ag 纳米颗粒接触后，使得纳米颗粒表面的电荷分布情况改变，所以

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图 1.2 摩尔比为(a)2:1 和(b)1:1 的 Ag-Cu 双金属颗粒 TEM 图像 1.2 TEM images of Ag-Cu nanoparticles with molar ratios of (a) 2: 1 and (b)微乳液法制备纳米 Ag、Cu 复合颗粒同样是目前常用的制备方法，使用乳液透明且均匀，热力学稳定[45]，十分适合用于制备纳米颗粒，并且室温下进行，与其他制样方法相比，具有反应温度要求低、可在大气压制样的优点[46]。Hongkui Wang 等人[47]采用水油微乳液法在网状 γ 氧化备了纳米 AgCu 双金属颗粒，该方法以 AgNO3和 Cu(NO3)2为原料，配g、Cu 比例的 AgNO3、Cu(NO3)2微乳液和水合肼微乳剂，在室温下经过后，将得到的沉淀物离心并煅烧，然后在高温 H2中还原，最后在 N2室温，制得网状 γ-Al2O3负载的 AgCu 纳米颗粒。.2 物理法采用化学方法制备的纳米颗粒表面有化学试剂的残余物，影响目标分子粒的相互作用，并形成干扰信号，减弱纳米颗粒局域表面等离激元的增[49][50]

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.3 (a)Ag50Cu50样品的 HRTEM 图像; (b)原始 Ag-Cu 颗粒选定区域的衍射ig 1.3 (a) HRTEM images of the Ag50Cu50 prepared by PLD (b)Selected adiffraction patterns for initial Ag-Cu NPs此，研究人员尝试采用真空法制备纳米 AgCu 双金属催化剂，并研反应的催化效果。Xiaoqiang Wu 等人[63]采用激光脉冲沉积在多孔备了多种比例的 Ag-Cu 纳米合金，包括 Ag、Cu 原子比为 50:50 的粒径为 2.58nm 的 Ag-Cu 晶体颗粒嵌入非晶 Cu 薄膜中组成的样品子比为 50:50 样品的 HRTEM 图像如图 1.3 所示。Janghsing Hsieh 等系统进行磁控溅射镀膜，在真空环境下制备了纳米 Cu-Ag 合金薄膜过程中，实现了对 Cu、Ag 原子比的控制。纳米 AgCu 双金属催化剂的应用对纳米 AgCu 双金属材料的研究中，科研人员发现其对有机物氧化很强的催化作用，Xiaoqiang Wu 等人[57]通过实验证明了这一点，[65-66]

【参考文献】