含银系列光催化剂的合成及其催化性能的研究

发布时间：2017-12-13 14:32

  本文关键词：含银系列光催化剂的合成及其催化性能的研究

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【摘要】：光催化技术由于在环境污染治理方面表现出巨大的潜力而受到广泛关注。以二氧化钛为例,它能够将有机污染物矿化成无毒无害的小分子物质,但是TiO2自身也存在很多缺陷,比如较高的电子空穴复合率、只能吸收紫外光以及回收困难等问题。因此,我们需要对TiO2进行改性修饰或开发新的光催化材料。经研究发现,新型可见光光催化材料Ag3PO4(2.36 eV)是一种高效的光催化材料。通过研究Ag3PO4的结合能发现,P-O键具有非常强的键和能力,使得具有四面体结构的PO43-弱化了 Ag-O共价键,阻止了 Ag 4d与O 2p发生杂化,从而使4d轨道偏离导带底部。分布在导带底部的被离域了的电荷对电子的作用比较弱,因此有利于电子传输到表面。朱永法课题组利用密度泛函理论计算了Ag3PO4的晶体结构和能带结构,发现Ag3PO4具有较高的氧化能力和量子效率,分析原因主要有两个:一是Ag3PO4的价带位置低,使得价带上的空穴具有较强的氧化能力;二是在Ag3PO4的导带中存在π*分子轨道,使得电子的迁移速率远远高于空穴,再加上PO43-的诱导作用,能够使电子和空穴得到有效分离。磷酸银单体虽然是一个优异的光催化材料,但在提高其稳定性和光催化活性方面仍面临巨大的挑战。本文主要以可见光响应型光催化剂Ag3PO4和Ag/AgBrO3为研究对象,主要研究内容如下:(1)通过简单的水热法合成Ni2+-Ag3PO4光催化剂,该催化剂在降解有机污染物方面表现出了优异的光催化性能。并用X-射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-vis)、X射线光电子能谱(XPS)、总有机碳分析仪和电子自旋共振波普仪(ESR)对样品进行了表征。通过在可见光(λ420 nm)照射下降解MO染料来评估Ni2+-Ag3PO4的光催化性能。研究发现,当Ni2+的浓度为0.05 mol/L时,Ni2+-Ag3PO4的光催化降解效率最高,其动力学常数为磷酸银的4倍。Ni2+的掺杂能够提高磷酸银的带隙,加速对光子的利用率,提高电子和空穴的分离速率,因此使得Ni2+-Ag3PO4表现出优异的光催化性能。(2)通过离子交换法合成F-Ag3PO4光催化剂,它的结构和性质通过X-射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-vis)、X射线光电子能谱(XPS)和电子自旋共振波普仪(ESR)表征出来。氟离子的掺杂改变了磷酸银的性质,进一步抑制了光生电子和空穴的复合。F0.05-Ag3PO4在降解MO染料时表现出最优异的光催化性能,经过光催化机理测试分析得出·OH是该光反应体系中主要的活性物种。F-的掺杂大大降低了 Ag3PO4表面·OH的缺陷,使得F-Ag3PO4光催化剂对MO的降解率得到一定程度的提高。(3)通过共沉淀法合成AgBr/Ag3PO4复合光催化剂,并用XRD、TEM、UV-vis等表征手段来分析AgBr/Ag3PO4复合物的结构、形貌和光学性能。光催化降解实验结果表明AgBr/Ag3PO4复合光催化剂的降解效率比Ag3PO4和AgBr的高,这是由光生电子和空穴的快速分离导致的。通过光催化机理测试证实了羟基自由基是主要的活性物种,对MO染料的降解起到了主要作用。(4)通过将AgNO3和NaBrO3的溶液混合合成Ag/AgBrO3光催化剂,利用XRD、TEM、UV-vis和XPS等表征手段对样品进行了分析。通过紫外-可见吸收光谱推导出Ag/AgBrO3的禁带宽度为3.97 eV,表明该催化剂能在紫外光范围内被激发。在相同条件下,Ag/AgBrO3光催化剂表现出比N-TiO2更优异的光催化活性。用ESR技术检测了 Ag/AgBrO3光反应体系中产生的主要活性基团,发现·OH和·O2-在RhB的降解中起主要作用。
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ426;X505

【参考文献】

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本文编号：1285513