基于半导体磷酸银光催化材料的制备及其性能研究

发布时间：2018-06-25 02:11

  本文选题：不同形貌 + Ag_3PO_4　； 参考：《兰州大学》2017年硕士论文

【摘要】：当今,随着社会经济的日益持续增长,人口数量的自然增加,未来世界将面临着能源、水、环境等问题,其中水污染问题受到了社会各界人士的广泛关注。2010年,半导体Ag_3PO_4可见光光催化材料被首次报道,其禁带宽度为2.36eV,可以吸收波长小于520 nm的太阳光,且其降解有机染料的能力远远高于报道过的其它可见光半导体材料如CdS、ZnO、WO3、BiOX等。尽管如此,但也应当注意到Ag_3PO_4也同样面临着一些问题和挑战:(1)Ag_3PO_4半导体材料的形貌结构、颗粒尺寸、表面积等对其光催化活性具有严重的影响;(2)H+的还原电位相比于Ag_3PO_4的导电电位更负,致使Ag_3PO_4在光催化反应过程中易还原成Ag单质(Ag++e-→Ag);(3)Ag_3PO_4在水中的溶解度是10.2 g/L(20℃),相比于AgX(X=Cl,Br,I)更易于在水溶液中溶解,从而限制了其循环利用。基于以上问题,本文对Ag_3PO_4光催化材料从以下三方面进行了研究:(1)有效控制合成不同形貌结构的Ag_3PO_4材料;(2)N-GO/Ag_3PO_4复合结构材料的制备;(3)GO/Ag_3PO_4/AgBr复合异质结结构材料的制备。具体研究内容如下:一:设计合成了内凹十二面体Ag_3PO_4(CRD)和十二面体Ag_3PO_4(RD),相比于Ag_3PO_4(RD),Ag_3PO_4(CRD)是通过在特殊的连接点处内凹4个平行六面体形成的,但同样暴露{110}活性晶面。然而,光催化降解实验却发现Ag_3PO_4(CRD)的光催化活性相比于Ag_3PO_4(RD)显著降低,推测出在内凹处光生空穴和电子更容易复合,并且由于空间效应和阴影效应的影响使之很难和有机污染物发生反应,从而导致其催化活性严重下降。我们提出催化剂活性晶面的几何分布在催化过程中扮演着重要的角色。二:通过简单的两步法设计合成了一系列的N-GO/Ag_3PO_4复合材料,首先在氨水的作用下使N元素掺杂到氧化石墨烯(GO)中,然后利用一步沉淀法合成N-GO/Ag_3PO_4复合结构材料。光催化降解甲基橙染料(MO)的实验结果表明N-GO/Ag_3PO_4复合材料的光催化性能明显优于裸露的Ag_3PO_4材料,同时也略好于GO/Ag_3PO_4复合结构材料。由此可以初步推测出,N-GO相比于GO和半导体复合在进行光催化降解有机染料方面更有潜力。三:利用化学一步沉淀和原位离子交换法,通过在Ag_3PO_4的表面修饰少量的GO和AgBr,设计合成一系列的GO/Ag_3PO_4/AgBr复合异质结结构的光催化材料,以罗丹明B(RhB)和MO两种染料来模拟有机污染物对其光催化性能进行测试。光催化降解实验发现,当GO的含量为0.15-0.60 wt%,AgBr为0.25-0.75wt%时能较好的催化降解RhB。其中,当GO的含量为0.30 wt%,AgBr的含量为0.50 wt%(GO2/Ag_3PO_4/AgBr2)时表现出优异的光催化性能,催化降解30 ppm的RhB溶液仅需12 min,且其光降解速率常数(k=0.315 min-1)是单纯Ag_3PO_4(k=0.021 min-1)的15倍。然而,对于光催化降解MO溶液,发现当GO的含量为0.30-0.90 wt%,AgBr含量为0.75-1.25 wt%时表现出优异的光催化性能。其中,当GO的含量为0.60 wt%,AgBr的含量为1.00 wt%(GO3/Ag_3PO_4/AgBr4)时,光催化降解20 ppm的MO溶液需18 min左右,且其光降解速率常数(k=0.178min-1)是单纯Ag_3PO_4(k=0.039 min-1)的4.56倍。此外,异质结结构GO2/Ag_3PO_4/AgBr2或GO3/Ag_3PO_4/AgBr4在三次循环后与单纯的Ag_3PO_4相比表现出较好的稳定性。最后由活性物种捕获实验证明空穴(h+)和氧基自由基(.O2-)活性物种在整个光催化降解过程中扮演重要的角色。
[Abstract]:The photocatalytic degradation of Ag _ 3PO _ 4 in water is more than that of Ag _ 3PO _ 4 . The results show that the photocatalytic activity of Ag _ 3PO _ 4 is 10.2 g / L ( 20 鈩，

本文编号：2064048