氧化银基光催化剂的制备及其光催化性能的研究

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在城镇化、工业化进程不断推进的今天,人们赖以生存的自然环境已经遭到严重的破坏,自然水体中的有机物的积累速度已经超过了水体的最大负荷,完全超过了水体的自净能力,水体污染造成的影响直接威胁着人们。当前,世界上针对当前环境污染所应用的对策主要有物理法、化学法、生物法和生物化学法,但是这些传统的治理水体的方法都存在着降解不够充分、占地面积大、运行成本高、实况操作复杂、高能耗等缺点。为了解决这些难题,人们利用半导体材料能够对太阳光的作出响应这一性能,将半导体光催化材料应用到污水处理中,由于其具有光催化降解效率高、化学性质稳定、原材料储量大等优点,光催化水处理技术已成为研究的重点。Ag2O的带隙为1.3eV,是一种带隙较窄的纳米材料,化学性质较为活泼,对可见光响应范围大等优势,是一种具有较大开发潜力的纳米颗粒光催化材料。为了优化Ag2O的性能,我们将作为基底,利用其它半导体材料和Ag2O复合形成异质结构光催化剂,然后也将Ag2O包裹在磁性材料的表面,来解决其难回收的问题。我们通过温和的水热及化学沉淀法,成功制备了α-FeOOH/Ag2O和Ag-Ag2O@Fe3O4纳米颗粒光催化剂,在一定程度上减少了光生电子空穴对的复合,加快了光生电子空穴对的分离,提高了其光催化性能。Ag2O基纳米颗粒光催化剂的晶型,形貌,结构及光学性质通过X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见漫反射光谱(DRS)及光电化学分析表征。通过具体实验取得了如下的研究结果:(1)采用水热法,以九水和硝酸铁为铁源,氢氧化钠作为沉淀剂,通过控制反应的pH,制备了短棒状的α-FeOOH纳米催化剂;以硝酸银为原料,氢氧化钠作为沉淀剂,采用温和的化学沉淀法制备了,成功制备Ag2O纳米颗粒光催化剂;α-FeOOH/Ag2O异质结构光催化剂通过湿化学法制备。材料表征,表明我们成功的构建了一种晶型良好,纳米颗粒状的异质结构α-FeOOH/Ag2O催化剂。α-FeOOH/Ag2O纳米颗粒与纯Ag2O纳米颗粒光催化剂相比,在可见光的照射下光催化降解罗丹明B水溶液的光降解效率有较大的提升,其原因可能是由于异质结构的光催化剂对可见光的吸收能力更强及光生电子空穴对的分离率更低。(2)采用共沉法,以(NH42Fe(SO42·6H2O和(NH4)Fe(SO42·12H2O为铁源,利用氢氧化钠作为共沉剂制备了具备超顺磁性的Fe3O4磁性粉末。Ag-Ag2O@Fe3O4纳米颗粒光催化剂通过温和的化学沉淀法和光还原法两步制备。在制备Ag2O@Fe3O4的过程中,我们加入乳化剂聚乙二醇(PEG-4000)来改良其性质。通过XRD表征,结果表明Ag2O的晶型有一定的改变,其X射线衍射强度更高,且杂峰较少。然后我们再通过光还原法在制备的Ag2O@Fe3O4磁性材料上负载Ag来进一步增强其光催化活性。光催化活性测试通过在可见光下光催化降解罗丹明B水溶液来检测,结果表明,添加乳化剂后再负载Ag的纳米颗粒光催化剂具有更好的光催化效果,说明此复合体系加入乳化剂优化后能够增强光催化活性。
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