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摘要Ag3PO4是近年来新发现的一种可见光型催化剂。由于其有极佳的光氧化能力，故可用于光解水制氧及光解多种有机污染物。然而由于其导带位置偏正，故 Ag+极易被光生电子还原，即光腐蚀现象严重。降低了Ag3PO4的稳定性，限制其循环使用。本论文在纯相Ag3PO4的基础上通过原位离子沉淀法合成Ag3PO4/AgBr异质结。 此外，选用一种改良 Hummers 法合成氧化石墨烯（graphene oxide，GO）。并分别制备了 GO/Ag3PO4、GO/ Ag3PO4/AgBr 复合光催化剂。通过 X-射线衍射分析仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、X-射线能谱仪（EDS）、Raman 光谱仪以及紫外--可见漫反射光谱仪（UV-visDRS） 对样品进行表征， 并在可见波段 （λ>400 nm） 对样品氧化较高浓度罗丹明B （RhB）染剂的光催化活性及循环稳定性进行测试。结果表明，复合样品光催化性能均有显著提升，有效地抑制了 Ag3PO4的光腐蚀现象。32632
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毕业论文关键词 Ag3PO4 可见光催化剂 异质结 光腐蚀
Title Synthesis, characterization and photocatalytic activity of Ag3PO4 asvisible-light-driven photocatalyst
Abstract Ag3PO4 is one of the most efficient visible-light-driven(VLD) photocatalysts as it displays highphotooxidative capabilities for several organic pollutants decomposition and O2 evolution fromwater. However, because the conduction band minimum(CBM) of Ag3PO4 is more positive thanthe H+/H2 reduction potential, the unwanted photocorrosion by light and the low structuralstability in water of Ag3PO4 decreased its photocatalytic property. In this paper, Ag3PO4/AgBrheterojunctions with different molar radios were synthesized via a facile anion-exchangemethod. In addition, a modified Hummers Method was taken to fabricate GO. Then theGO-based compound materials were readily synthesized using a simple solution route driven byelectrostatic interactions between Ag+ and negatively charged GO sheets. All samples werecharacterized by XRD, SEM, EDS, Raman and UV–vis DRS and the photocatalytic activity ofthe samples was assessed by monitoring the decolorization process of Rhodamine B (RhB) dyeunder visible light without any sacrificial reagents. The results showed that all heterojunctionsdisplayed much higher photocatalytic activities than single Ag3PO4 under visible light, whichindicates the sufficient decrease of photocorrosion and the enhancement of both stability andphotocatalytic activity.
Keywords Ag3PO4 visible-light-driven photocatalyst heterojunction
目次
1引言1
1.1可见光响应型光催化剂概述1
1.2光催化反应的基本过程2
2Ag3PO4半导体光催化剂.3
2.1Ag3PO4晶格类型和能带结构.3
2.2Ag3PO4在光催化领域的应用.4
2.3Ag3PO4基异质结研究进展.4
3实验部分7
3.1试剂与仪器7
3.2样品的制备8
3.3样品结构和形貌的表征10
3.4样品的光催化反应实验11
3.5样品的循环稳定性测试11
4结果与讨论12
4.1XRD结果分析.12
4.2UV-visDRS结果分析.15
4.3SEM-EDS结果分析19
4.4Raman光谱分析23
4.5光催化性能分析25
结论35
致谢36
参考文献37
1 引言
1.1 可见光响应型光催化剂概述近年来，由于活性半导体光催化剂在获取清洁能源及高效降解有机污染物这两大领域中表现出的优异性能，该材料得到了广泛的关注。与大多工业催化过程需要高温、高压条件不同的是，光催化反应条件温和，只需充足的光源即可，因此这一新型“绿色材料”得到了众多科研工作者的广泛研究[1]。而一种半导体可以被用作为合适的光催化剂需要满足两个重要的前提条件：
一、对于光照的强烈吸收能力；
二、合适的氧化还原电势[2]。也就是说，半导体的能带特征对于其在光催化领域中的应用具有不可忽视的影响。一般来讲，光学带隙的大小决定了材料能够在何种波段完成对于光波的响应；而其导带底（CBM）和价带顶（VBM）对应的电极电势则决定了材料的氧化还原能力。虽然早在20世纪50年代，二氧化钛的光化学反应已经得到了研究，但是光催化领域开始广泛吸引国际众多学者的关注还是在1972年Nature上刊发了关于二氧化钛和铂电极直接光解水的发现之后[3]。 但二氧化钛属于宽带隙材料[4]，故其只有在紫外光照强度较高的条件下才能表现出优异的光催化性能。而紫外在整个太阳能辐射能量中仅占4-5%，故传统的二氧化钛光催化剂对于光能的利用率并不高。因此发展不同类型的可见光催化剂成为了光催化领域目前的重要方向之一。全球众多的课题组已报道了几百种半导体及以它们为基底的复合材料，通过实验验证，它们均可被视为可见光型催化剂。这些材料主要分为如下几类：