Ag3PO4基复合光催化材料的制备表征及应用

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随着工业化的发展,在经济繁荣的同时造成了严重的环境污染和能源短缺问题。半导体光催化技术因具有可充分利用太阳能高效降解有机污染物,并不产生二次污染、易操作等优点,在环境治理和新能源开发领域成为热点研究课题之一。Ag3PO4因具有高量子效率、可见光响应及较高的光催化效率等特点而引起了广大研究者的关注,并具有广泛的应用前景。但单体Ag3PO4的光学性能不稳定且光生电子空穴对复合速率快,严重限制了其光催化效率,研究新型稳定高效的Ag3PO4基复合材料是解决这一问题的有效手段。本文通过沉积沉降和光致还原法联合制备Ag/Ag3PO4/WO3与采用沉积沉降法和离子交换法联合制备Ag3PO4/AgCl/g-C3N4两种可见光复合光催化材料。通过X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X-射线能谱(EDS mapping)、X-射线光电子能谱(XPS)、紫外可见光漫反射光谱(UV-vis)、荧光光谱(PL)等表征手段详细系统地分析材料的晶体结构、形貌、元素分布、元素价态及光学特性。分别通过可见光降解苯酚及对羟基苯甲酸酯类有机物评价Ag/Ag3PO4/WO3和Ag3PO4/AgCl/g-C3N4的光催化降解性能,在150 min时,Ag/Ag3PO4/WO3对苯酚的降解效率可以达到98%,并经过四次循环使用,降解率仍可保持60%的活性;在20 min时,Ag3PO4/AgCl/g-C3N4对对羟基苯甲酸甲酯降解效率可以达到94.8%,并经过四次循环使用,降解率仍可保持80%的活性。并通过淬灭实验探讨材料中活性物种在光催化反应过程中的贡献率,在Ag/Ag3PO4/WO3可见光体系中,光生空穴(h+)是光催化降解反应过程中主要的活性物种,H2O2的贡献率次之,e-、·OH和·O2-的贡献率相对较小;在Ag3PO4/AgCl/g-C3N4可见光体系中,h+在降解过程中起主要作用,H2O2的贡献率第二,e-、·OH和·O2-的贡献率比较小,拟提出可见光复合材料降解有机污染物的光催化反应机理。实验表明,Ag3PO4基复合光催化材料具有良好的光催化活性与光学稳定性,在实际应用中具有广阔的前景。
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