新型改性银基半导体材料的制备及光催化性能研究

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Ag+拥有d10全满或者全空的特殊电子结构和具有较宽的可见光吸收范围,且会产生独特的自稳定系统而在光催化领域可作为重要的可见光催化材料。然而银基化合物材料在催化过程中会发生光化学腐蚀而产生银单质,进而降低了光催化活性,限制了其在能源、环境等领域的实际应用。因此寻找有效的方法来改善银基材料的稳定性和催化性能成为了研究的重点。本论文主要从新型催化剂的制备和合成方法上入手,采用不同的方法合成了Ag2CO3/AC、Ag2WO4/RGO、Ag2WO4/WO3异质结、Ag/Ag2WO4/g-C3N4三元等离子体和RGO/ZnFe2O4/Ag2WO4光催化剂,从而提高了银系材料的光催化活性与稳定性。通过FT-IR、UV-Vis、XRD、Raman、SEM、TEM和XPS等表征方法,对样品的结构、形貌、光吸收性质及光催化性能进行了分析。本论文的主要研究内容如下:(1)通过一步简单沉淀法,合成了一系列不同质量比的Ag2CO3/AC(Activated carbon)复合材料;将其应用于去除含罗丹明B(RhB)有机染料废水处理,探讨了不同AC含量对复合材料光催化性能的影响。实验结果表明Ag2CO3/AC(20%)时,催化材料对RhB的去除效率达到96.6%。并且AC含量为20%的样品的降解速率是纯Ag2CO3的10.22倍。(2)通过一步水热法,对Ag2WO4进行石墨烯掺杂,以改善其表面结构及物理性能。考察了不同含量的RGO制备的光催化剂的光催化性能。实验结果表明,RGO片层能有效地转移光生电子,抑制Ag2WO4的光腐蚀,从而使得复合材料具有更优异的催化活性和稳定性,尤其是样品AR-3具有最好可见光催化活性。(3)首先以水热-酸化-煅烧法合成空心球状的WO3,通过Ag2CO3与WO3不同比例混合煅烧得到一系列Ag2WO4/WO3异质结复合材料。结果表明,在可见光照射下最高活性可达到94%。并且Ag2WO4/WO3异质结光催化剂显示出优异的稳定性。其动力学反应速率几乎是纯WO3和Ag2WO4的17.0和7.5倍。(4)首先煅烧三聚氰胺得到块状g-C3N4,通过酸化超声得到单层g-C3N4,再通过一步水热合成不同比例的Ag/Ag2WO4/g-C3N4三元等离子体催化剂。以RhB或Tetracycline(TC)为目标降解物,研究了Ag/Ag2WO4/g-C3N4的光催化活性,结合表征探讨机理。实验结果表明,Ag/Ag2WO4均匀分散在g-C3N4纳米片的表面。并且Ag纳米粒子作为电荷分离中心对光催化活性和稳定性起到了重要的作用。复合材料的光催化活性要明显优于g-C3N4和Ag2WO4,且动力学常数(0.0125 min-1)高于Ag2WO4和Ag/Ag2WO4。(5)水热合成纳米球状结构的RGO/ZnFe2O4,再通过一步共沉淀法合成RGO/ZnFe2O4/Ag2WO4;表征用其结构形态、化学组成、可见光吸收能力和光学性质。采用RhB对其催化性进行评价。结果表明,复合材料比单一样品具有更高的催化能力,其中RGO/ZFO/AWO-2(1:6)催化效率最高(近90%),其动力学常数为0.012 min-1。
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