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光催化技术在治理环境和解决能源危机等领域都有重要的应用。其中,可见光催化技术因其可以充分利用太阳光而引起了研究者们的极大兴趣。作为光催化技术的核心,光催化剂(光催化材料)的选择至关重要。在一系列的可见光催化材料中,由于具有良好的可见光响应特性,简单的制备方法,卤化银和磷酸银(Ag系半导体)在可见光催化降解、分解水、杀菌等方面的研究均已有报道。目前,制约这类光催化材料的主要因素在于,纯的银系半导体由于光敏性质而导致其不断被还原,从而逐渐失去光催化性,但通过和其它半导体材料形成复合材料是解决这一问题的有效途径。另一方面,石墨相的g-C3N4带隙窄(2.69eV),来源丰富,无污染,是一种层状结构的无金属型有机半导体可见光催化材料,可以有效地应用于光解水和光降解方面。目前有关Ag系半导体/g-C3N4的合成及其光催化研究鲜有报道。
基于上述情况,本论文利用硝酸银作为银系半导体的银源,通过化学沉积方法,将银系半导体负载在g-C3N4片层上,从而形成AgX/g-C3N4(AgX=AgCl、AgBr、AgI)复合材料和Ag3PO4/g-C3N4复合材料,这两类银系半导体复合材料均具有良好的可见光催化性能。此外,通过引入聚合物,制备AgX/g-C3N4/高分子复合薄膜和Ag3PO4/g-C3N4/高分子复合薄膜。论文的具体内容如下。
(1)AgX/g-C3N4复合粉末材料:按照“配制硝酸银溶液——g-C3N4的分散——卤素离子(Cl-、Br-、I-)的引入——AgX在g-C3N4上的负载——洗涤、干燥”的流程制备AgX/g-C3N4复合材料(AgX=AgCl、AgBr、AgI)。调节g-C3N4的加入量,制备出g-C3N4的含量分别为1wt%、2wt%、5wt%、10wt%、20wt%和50wt%的AgX/g-C3N4复合粉末材料。以甲基橙为目标降解物,可见光为光源(λ≥400nm)检测AgX/g-C3N4复合材料的光催化降解性能。可见光催化结果证实:引入g-C3N4,不但可以提高AgX(AgX=AgCl、AgBr、AgI)的光催化速度,而且可以提高其光催化稳定性;当含量为5wt%时,AgX/g-C3N4复合材料的光催化性能最佳。此外,卤化银的种类对于光催化性能有显著的影响:AgBr/g-C3N4复合材料的光催化速度最快,AgCl/g-C3N4复合材料的次之,AgI/g-C3N4复合材料的最慢;AgCl/g-C3N4复合材料的稳定性最佳。
(2)Ag3PO4/g-C3N4复合粉末材料:在将Ag+有效负载在g-C3N4表面后,通过磷酸根离子的引入,得到了Ag3PO4/g-C3N4复合粉末材料。通过对不同g-C3N4含量(0wt%、5wt%、10wt%、20wt%和30wt%)的Ag3PO4/g-C3N4复合材料进行可见光催化性能测试,研究g-C3N4对于Ag3PO4可见光催化性能的影响。结果表明,g-C3N4的引入,对于Ag3PO4的可见光催化性能有不同程度的提高,当其含量为10wt%时,复合材料的可见光催化性能最好。
(3)AgX/g-C3N4/高分子(X=Cl,Br,I)复合薄膜和Ag3PO4/g-C3N4/高分子复合薄膜的制备:如果能够制备光催化薄膜材料,不但可以减少光催化负载量,而且可以研究“光触媒”材料。在制备一系列AgX/高分子透明薄膜的基础上,分别以AgX/g-C3N4(X=Cl,Br,I)和Ag3PO4/g-C3N4作为活性材料,选用高分子作为基体,制备了不同的AgX/g-C3N4/高分子(X=Cl,Br,I)复合薄膜和Ag3PO4/g-C3N4/高分子复合薄膜,这些薄膜为其下一步在光催化杀菌类光触媒方面的应用奠定了基础。