两种改性Ag3PO4光催化剂的制备及其光催化降解染料性能研究

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随着工业化进程的加快,水资源污染问题日趋严重。纺织等行业排放的有机染料是废水中的主要污染物,如何去除和降解这类污染物一直是人们关注的焦点。在众多污染物处理技术中,光催化技术可以利用太阳能降解染料、抗生素、农药等有机污染物,具有能耗低、二次污染少等优点,被视为有机污染物降解最有前景的方法之一,受到了科研工作者的广泛关注。
  光催化有机污染物降解的研究重点主要在于高效光催化剂的设计及构建。在众多光催化材料中,Ag3PO4光催化剂具有较好的可见光响应(禁带宽度约为2.4eV)以及合适的氧化能力,受到了研究者的广泛关注。然而,该催化剂具有光生载流子容易复合、量子产率低等缺点。因此,在Ag3PO4的基础上,开发具有宽光谱响应和高载流子分离效率的新型光催化剂具有重要的科学和应用价值。在诸多催化剂改性策略中,构建Z型异质结可以在不降低半导体氧化还原能力的情况下有效提高载流子分离效率。基于此,本文采用Ag3PO4与氧化铋或氧化钼等金属氧化物复合构建出具有Z型异质结结构的光催化剂,同时引入Ag纳米颗粒作为两种半导体材料之间的电子介体促进光生载流子的快速迁移,有效提升了光催化剂在可见光下的光催化降解性能,取得的主要研究结果如下:
  1、通过将Ag和Ag3PO4纳米颗粒沉积在BiO2-x纳米片的表面制备得到了具有Z型异质结的Ag3PO4-Ag-BiO2-x光催化剂。与纯Ag3PO4、BiO2-x以及Ag/BiO2-x相比,该复合催化剂在可见光照射下对染料(罗丹明B,亚甲基蓝)的降解表现出出色的光催化活性和稳定性。分析认为,催化剂表面的Ag纳米颗粒具有等离子共振(SPR)效应,能有效提高催化剂的光吸收能力;同时Ag3PO4-BiO2-x与Ag颗粒之间形成致密的异质结,可以有效地促进光生电子与空穴的分离,抑制Ag3PO4材料的光腐蚀。
  2、采用快速相变加热方法制备了富含氧空位的超薄二维MoO3-x纳米片,然后将Ag纳米颗粒沉积在MoO3-x纳米片的表面上,最后与Ag3PO4复合,成功制备了Ag3PO4-Ag-MoO3-x三元Z型异质结结构。Ag纳米颗粒作为电子介质有利于光生载流子快速分离并抑制材料的光腐蚀,MoO3-x表面存在的氧空位增强了O2的吸附,提高了材料的氧化性能。在所有复合物中,Ag3PO4含量为65wt%的光催化剂光催化活性最高,在可见光照射下对染料(罗丹明B,亚甲基蓝及其混合物)和环丙沙星的降解表现出出色的光催化活性和稳定性。
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