磷酸银复合材料的制备与可见光催化性能研究

发布时间：2018-03-05 01:25

本文选题：Ag_3PO_4　切入点：Bi_2WO_6/Ag_3PO_4　出处：《河南师范大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：随着社会的快速发展,环境污染问题越来越不能被忽视。半导体光催化技术因其操作简单、反应条件温和、污染物去除率高、能耗低、绿色环保而被广泛用于解决环境污染与能源短缺等方面。传统的半导体材料TiO2化学性质稳定、催化活性高、环境友好、成本低廉,但其禁带宽度较宽,只具有紫外光催化活性,无可见光催化活性,对太阳光利用率低,量子效率很低。尽管对其进行改性,但是由于它自身的缺陷,依然限制了它的实际应用。新型光催化材料Ag_3PO_4,禁带宽度窄,对可见光有强吸收,量子效率达到90%以上,成为光催化材料研究的热点。但是,Ag_3PO_4微溶于水,易发生光腐蚀现象,且其成本高昂。针对此问题,本文主要采用半导体复合对Ag_3PO_4进行改性,主要内容如下:(1)利用水热法合成纯Bi_2WO_6、纯Ag_3PO_4和一系列Bi_2WO_6/Ag_3PO_4。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)、荧光(PL)等测试手段对其形貌结构及光学性能进行研究,并在可见光照射下催化降解罗丹明B(RhB)。实验结果表明:所制备的Bi_2WO_6/Ag_3PO_4光催化性能均优于单一相Bi_2WO_6和Ag_3PO_4,且摩尔比n(Bi_2WO_6/Ag_3PO_4)为0.3、pH为7.0、水热反应时间为12 h、水热温度为180℃条件下合成的Bi_2WO_6/Ag_3PO_4的光催化效果最佳,在30 min内RhB降解率高达96.0%,而在相同光催化反应条件下,纯Bi_2WO_6和Ag_3PO_4对RhB的降解率分别是21.3%和24.7%;且表观反应速率常数K分别是纯Bi_2WO_6和Ag_3PO_4的31倍和40倍,反应速率加快;Bi_2WO_6/Ag_3PO_4对RhB循环降解4次后,降解率仍可达到83.1%,表明Bi_2WO_6/Ag_3PO_4的稳定性好;h+和·O2-自由基是Bi_2WO_6/Ag_3PO_4光催化降解过程中产生的主要活性物;UV-Vis DRS图谱揭示复合后的催化剂对可见光的吸收范围扩宽,从而提高了可见光催化活性;PL图谱揭示复合后的催化剂光生载流子寿命延长,从而光催化活性增强。(2)通过一步水热法合成出纯Ag_3PO_4、纯BiPO4以及BiPO4/Ag_3PO_4复合材料,并以SEM、XRD、PL、UV-vis DRS等为表征手段研究催化剂的结构及性能。利用可见光催化降解罗丹明B(RhB)的效率评价催化剂的可见光催化性能。结果表明:BiPO4/Ag_3PO_4复合材料的最佳合成条件是摩尔比n(BiPO4/Ag_3PO_4)为0.1、pH为5.0、水热温度为180℃、水热时间为12 h,且在光照时间为20 min时RhB的降解率即达93.1%,是纯BiPO4、纯Ag_3PO_4的4.7倍和4.6倍;将BiPO4/Ag_3PO_4循环使用4次后,RhB的降解率仍在84.6%,证明其稳定性好;h+、·O2-和·OH均参与了BiPO4/Ag_3PO_4的光催化降解反应,其中,h+和·O2-起主要作用;UV-vis DRS和PL图谱表明,半导体复合改性不仅扩宽了对可见光的响应范围,而且促进了光生电子-空穴对的有效分离,从而提高其光催化活性。(3)以AgNO_3、Na2HPO4.12H2O等为主要原料,利用水热法在不同pH、不同水热时间t和不同水热温度T条件下制备出一系列的Ag_3PO_4催化剂,并研究这些因素对Ag_3PO_4光催化性能的影响。通过XRD、SEM、PL等测试来研究Ag_3PO_4的结构与性能。通过在可见光下降解RhB来了解其可见光催化性能,发现在水热时间为12 h、水热温度为180℃、pH为7.0时的Ag_3PO_4光催化活性最高。
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【学位授予单位】：河南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O643.36;O644.1;TB332

【参考文献】