磷酸银光催化剂的制备及其性能研究

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磷酸银半导体纳米材料是一种新型、高效的光催化剂,在光催化领域得到广泛的关注。磷酸银光催化剂能够利用可见光氧化分解水和降解水中的有机污染物,因此在制取氢气和污水处理等方面具有很广阔的应用前景。  然而,如何在特定条件下达到最佳的光催化效果,如何有效的控制磷酸银的尺寸和形貌,如何提高磷酸银的稳定性和回收利用率等方面的问题仍具有很大的研究价值。本论文围绕这些问题进行了一系列的研究,优化了磷酸银的合成条件,制备出了不同形貌的磷酸银纳米材料以及磷酸银基复合材料,并研究了磷酸银的合成条件、形貌和复合材料与其光催化性能之间的关系。本论文的研究将为磷酸银及其它银基光催化剂的应用开发提供有用的科学参考。具体内容如下:  (1)磷酸银光催化剂的合成工艺优化及其性能研究  以硝酸银和磷酸钠为反应原料,利用共沉淀法合成了磷酸银纳米材料,考察反应温度、反应时间以及反应物浓度(Ag+浓度)对Ag3PO4纳米材料的光催化活性的影响,采用正交实验优化Ag3PO4的合成工艺,得到最佳制备条件为:反应时间为1h,反应温度为50℃,银离子浓度为0.1 mol/L。用此条件下制备的纳米Ag3PO4作为光催化剂降解亚甲基蓝(MB),光照60 min后的降解率为78.08%,研究发现在共沉淀体系中,不需要添加表面活性剂,简单的通过调节反应条件,即可合成晶粒尺寸较小的磷酸银纳米材料。  (2)多面体磷酸银光催化剂的制备及其性能研究  以硝酸银和磷酸钠为反应原料,三乙醇胺(TEA)作为有机添加剂,合成了具有不同形貌、尺寸的磷酸银微结构。通过对体系中Ag+和TEA比例和反应时间的调控,可以得到菱形十二面体和十八面体结构的Ag3PO4,其中十八面体结构的磷酸银还未见报道。光催化实验表明,由于特定活性晶面的暴露,不同形貌Ag3PO4的光催化活性顺序为:十八面体>菱形十二面体>正方体>球形。  (3) ZnFe2O4/Ag3PO4复合光催化剂的制备及其性能研究  在溶剂热法和沉淀法的基础上制备了ZnFe2O4/Ag3PO4复合材料,该复合催化剂具有较高的催化活性,并且在一定程度上提高了Ag3PO4的稳定性。此外,由于磁性ZnFe2O4粒子的存在,该复合光催化剂能方便地通过外加磁场进行回收再利用,解决了粉体纳米材料在使用过程中难以分离回收的问题。
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