银纳米粒子等离子体复合光催化材料的制备与性能研究

发布时间：2020-07-21 21:16

【摘要】：近几年来,等离子体光催化剂(指具有表面等离子体共振(SPR)效应的纳米粒子(如Ag、Au、Pt等NPs)与半导体或其他载体组成的复合光催化剂)成为新型可见光催化材料的研究热点之一。等离子体光催化剂不仅增强可见光吸收性能,还能促进光生载流子的分离,从而有利于光催化效率的提高。本文针对银基半导体作为光催化剂存在结构不稳定、比表面积小以及光生电子-空穴对(光生载流子)复合率高等问题,结合银纳米粒子的表面等离子共振效应与复合光催化材料的特征构建新型可见光光催化剂,提高银基半导体光催化材料(钒酸银(Ag3VO4)和碘化银(AgI))的光吸收和光生载流子的分离效率,从而提高其光催化活性,并探究光催化机理。具体内容如下:采用沉淀法合成了不同摩尔比的Ag2MoO4/Ag3VO4复合材料,在光降解反应的初始阶段还原出单质Ag,转化为Ag2MoO4/Ag/Ag3VO4等离子体Z型光催化剂,并对复合材料的晶相、形貌、表面化学状态、光吸收性能及光载流子分离效率等性质进行表征。在可见光(λ420nm)下用罗丹明B(Rh B)的去除率评估Ag2MoO4/Ag3VO4复合材料的光催化性能,5%Ag2MoO4/Ag3VO4复合材料(Ag2MoO4与Ag3VO4的摩尔比为0.05:1)的光催化活性最高,高于Ag2MoO4和Ag3VO4,在6min内能降解93%的Rh B,光降解速率常数为0.4797min-1,分别是Ag3VO4和Ag2MoO4的2.92和66.82倍。四次循环实验后,Ag3VO4对Rh B的去除率降至36.8%,5%Ag2MoO4/Ag3VO4对Rh B的去除率依然保持85%以上,有效抑制了 Ag3VO4的光腐蚀。Ag2MoO4的引入能改变Ag2MoO4/Ag3VO4的晶粒大小,改善Ag3VO4颗粒的团聚现象,同时由于Ag的SPR效应以及作为Z型体系的桥梁,促进了光生载流子的分离,保留了复合催化材料组分中氧化还原能力较强的光生电子和空穴,Ag2MoO4/Ag/Ag3VO4的光催化性能和稳定性得以提高。光催化体系中产生的超氧自由基(·O2-)、光生空穴(h+)和超氧自由基(·OH)是促使Rh B降解的主要活性物种,h+对光催化降解影响最大。采用原位沉淀法和光还原方法合成了具有可见光活性的Ag@AgI/CdWO4(AICW)等离子体光催化剂,并对复合材料的晶相、形貌、表面化学状态、比表面积、光吸收性能及光载流子分离效率等性质进行表征。在可见光(λ420nm)下用罗丹明B(Rh B)和四环素(TC)的去除率评估Ag@AgI/CdWO4复合材料的光催化性能,AICW-3复合材料(最佳比例)的光催化活性最高,高于Ag@AgI(AI)和CdWO4(CW)。在最佳实验条件下(催化剂的浓度为0.2g/L,初始污染物的浓度为20mg/L),AICW-3经24min光照后对Rh B的去除率为99.3%,光降解速率常数为0.1675min-1,分别是AI和CW的2.43和139.58倍;AICW-3经20min光照后,对TC的去除率为77.0%,光降解速率常数为0.1077min-1,分别是AI和CW的2.61和538.50倍。五次循环实验后,AICW-3均保持较高的光催化活性,对Rh B和TC的去除率分别为90.2%和67.6%。Ag@AgI与CdWO4形成合适的复合能带结构,缩小复合材料的带隙值,促进光吸收以及光生载流子分离,同时由于Ag的SPR效应,Ag@AgI/CdWO4光催化性能和稳定性得以提高。光催化体系中产生的超氧自由基(·O2-)、光生空穴(h+)、超氧自由基(·OH)和碘原子(I0)是促使Rh B和TC降解的主要活性物种,·O2-对光催化降解影响最大。
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O643.36;O644.1
【图文】：

图１．１光催化原理图逡逑

体内重组逡逑Ｈ２０、ＯＨ逡逑图１．１光催化原理图逡逑Ｆｉｇ邋１．１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ逡逑１．邋２等离子体光催化剂逡逑目前传统光催化材料存在量子效率低、光利用率低、材料不稳定及实际应用逡逑困难等缺陷，针对这些问题，国内外学者主要基于两种思路来扩宽光催化材料的逡逑光响应范围以及提高其量子效率：一种是基于Ｔｉ０２等普通半导体材料的改性研逡逑究，主要包括金属和非金属掺杂［９１、贵金属沉积［１（）］、染料敏化［１１］、与其他半导体逡逑构建异质结Ｍ等；另一种是开发新型复合光催化剂，如等离子体光催化剂［１３］、逡逑金属－有机框架（ＭＯＦｓ）光催化剜１４］、碳量子点（ＣＱＤｓ）复合光催化剂［１５］、上转逡逑换近红外光催化剂［１６］等。逡逑在众多新型复合光催化剂中，等离子体光催化剂通过控制贵金属纳米粒子的逡逑尺寸、形状等将其沉积于合适的极性半导体，以达到优化材料的光催化活性和量逡逑子效率的目的，被认为是最有前景的高效光催化剂。因此，我们将从等离子体光逡逑催化材料出发，简述其概念、优势及研[傁肿

本文编号：2764820