磷酸银/磷酸盐复合光催化剂的制备及其可见光降解性能

• 作 者: 张彦林
• 出 处: 广西大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 磷酸银 磷酸银/磷酸盐复合物 制备 可见光催化 机理

目前半导体光催化技术在处理水污染问题和促进能源可持续发展的领域中的应用得到了广泛的认可。Ag₃PO₄是近十年来文献中报道数量最多的可见光光驱动半导体材料之一,该材料具有合适的禁带宽度和高效的可见光吸收率,但其缺点是在水中微溶解、光催化过程中光腐蚀严重以及价格高,限制了其实际应用。为降低单一Ag₃PO₄光催化剂的使用成本,进一步提高其光催化性能,本文分别合成了Ag₃PO₄/Al PO₄、Ag₃PO₄/Ag₄P₂O₇和Ag₃PO₄/Ag PO₃等三种磷酸银/磷酸盐复合光催化剂,采用X射线衍射（XRD）、场发射扫描电镜（FE-SEM）、X射线能谱（XPS）、紫外-可见漫反射光谱（UV-vis DRS）等对样品的物相、颗粒形貌、价电子价态、光学性能进行表征,研究了所合成样品对亚甲基蓝（MB）溶液、甲基橙（MO）溶液以及罗丹明B（Rh B）溶液的可见光催化降解性能,并通过添加祛自由基试剂降解实验探究了光催化机理。主要研究内容和结果如下:（1）采用均相沉淀法合成了不同摩尔比的Ag₃PO₄/Al PO₄条状复合光催化剂。在可见光照射的条件下,Ag₃PO₄/Al PO₄复合光催化剂降解MB和MO的效率比纯Ag₃PO₄高,而且与Ag₃PO₄的含量呈正比,其降解动力学常数大小顺序如下:k[（Ag₃）_0.9Al_0.1PO₄](0.287 min^-1)>k[Ag₃PO₄](0.091 min^-1)>k[（Ag₃）_0.3Al_0.7PO₄](0.060 min^-1)。其中,光催化剂（Ag₃）_0.9Al_0.1PO₄降解速率是Ag₃PO₄的2.154倍。Al PO₄与Ag₃PO₄均相共沉淀改变了Ag₃PO₄的颗粒形貌,有效阻止了电子-空穴对的复合,提高了光催化降解效率,降低了成本。（2）采用直接沉淀法合成了Ag₃PO₄与Ag₄P₂O₇以及Ag₃PO₄/Ag₄P₂O₇复合材料,所得样品均为形貌无规则、粒径约0.5～2μm的颗粒。在可见光照射的条件下,Ag₃PO₄/Ag₄P₂O₇复合光催化剂降解MB和MO的效率比纯Ag₃PO₄高,而且与Ag₃PO₄的含量呈正比,其降解动力学常数大小顺序如下:k[（Ag₃PO₄）₉（Ag₄P₂O₇）_0.75]k[Ag₄P₂O₇](0.027 min^-1)。（Ag₃PO₄）₉（Ag₄P₂O₇）_0.75的降解速率常数值最高,是Ag₃PO₄的3.264倍,优于（Ag₃PO₄）_0.9（Al PO₄）_0.1(0.287 min^-1)。DRS计算结果表明Ag₃PO₄/Ag₄P₂O₇复合材料是嵌套式复合,能够有效的减少电子-空穴对的复合,从而提高光催化降解效率和稳定性。（3）采用直接沉淀法合成了Ag₃PO₄/Ag PO₃复合材料,样品颗粒形貌无规则,粒径约0.5～2μm。在可见光照射的条件下,Ag₃PO₄/Al PO₄复合光催化剂降解MB的效率随Ag₃PO₄的含量的增加而提高,其降解动力学常数大小顺序为:k[（Ag₃PO₄）₉（Ag PO₃）₃](0.305 min^-1)>min^-1)>k[Ag₃PO₄](0.110 min^-1)。（Ag₃PO₄）₉（Ag PO₃）₃降解速率最高,是Ag₃PO₄的2.77倍。（4）三种磷酸银/磷酸盐复合光催化剂的光催化降解性能顺序为:Ag₃PO₄/Ag₄P₂O₇>Ag₃PO₄/Ag PO₃>Ag₃PO₄/Al PO₄。（5）三种磷酸银/磷酸盐复合材料能够提升光催化降解效率有两个主要原因。第一,在光催化降解过程中,纯Ag₃PO₄仅有光生空穴（h⁺）起催化作用,而磷酸银/磷酸盐复合材料有两个自由基起催化作用,分别是光生空穴（h⁺）和超氧自由基（·O₂^-）。第二,由于磷酸盐的共存,产生于Ag₃PO₄的光生电子（e^-）得到转移,阻止了空穴-电子对的复合,延长了h⁺寿命,从而提高了自由基催化氧化有机物的能力。