Z型Ag3PO4/Ag2MoO4异质结光催化剂构建和光催化降解有机污染物

作为一种绿色技术,半导体光催化氧化广泛应用于环境污染物治理和太阳能转化领域.高效、稳定、可回收利用催化剂的开发是光催化技术发展的一个重要方向.Ag系半导体光催化剂因在可见光分解水制氢及降解有机污染物等方面表现出优异的催化性能而广受关注.然而,该催化剂失活快,制约了其应用.因此,提高Ag系半导体材料的光催化稳定性成为近年研究热点.在各种Ag基光催化剂中,Ag3PO4光催化剂因其在可见光下光氧化水产生O2以及有机染料的光催化分解中有着高的量子效率,引起了人们广泛关注.如何进一步提升Ag3PO4光催化剂性能及在光催化过程中的稳定性成为研究焦点,包括Ag3PO4光催化剂的特殊形貌和晶体结构控制生长以及复合材料控制制备.但是Z型Ag3PO4基可见光催化剂的构筑仍然是一个挑战.本文利用Ag2MoO4和Ag3PO4的溶液相反应法合成了Z型Ag3PO4/Ag2MoO4复合光催化剂,通过Ag3PO4/Ag2MoO4异质结光催化剂在可见光下降解罗丹明B(RhB)、亚甲基橙(MO)、亚甲基蓝(MB)和苯酚研究了其光催化性能,采用X射线衍射(XRD)、能谱、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)以及紫外可见漫反射光谱(UV-vis)等手段表征了该催化剂.XRD,FTIR和拉曼光谱结果表明,复合材料由Ag3PO4,Ag2MoO4和单质银组成,表面成功合成了Z构型Ag3PO4/Ag/Ag2MoO4复合材料.SEM结果发现纯Ag3PO4是规则的球状,纯Ag2MoO4则是多面体状块的颗粒,在Ag3PO4/Ag2MoO4复合材料中可以看到规则的球状体Ag3PO4和Ag2MoO4纳米颗粒,并且随着Ag2MoO4含量的增加,Ag3PO4颗粒的尺寸逐渐减小.UV-vis结果发现Ag2MoO4的加入拓展了复合材料对可见光的吸收范围.光催化性能测试结果表明,8%Ag2MoO4/Ag3PO4在可见光下具有优异的光催化性能:可见光照射5 min,RhB,MO和MB的降解效率分别可达95%,97%和90%.复合材料样品经过4个循环实验后,其降解RhB的效率仍然保持在84%,证明了其具有较高的稳定性.为了进一步研究Ag3PO4/Ag2MoO4的光催化机理,我们用对苯醌、乙二胺四乙酸二钠和丁醇进行了捕捉剂实验.结果表明,超氧自由基和光生空穴在降解有机染料过程中起主要作用.通过光电流测试、复合材料价带导带位置计算以及循环过程样品XRD分析并结合文献结果认为,Z构型Ag3PO4/Ag/Ag2MoO4异质结光催化体系以及可见光照射初期金属Ag纳米颗粒的生成是其具有高光催化活性和稳定性的原因.     

基于g-C3N4的Z型光催化体系研究进展

导电聚合物型光催化材料g-C₃N₄有着独特的电子结构、稳定的化学性能和显著的可见光催化活性。基于g-C₃N₄的Z型光催化体系(Z-g-C₃N₄)的催化效率高、电子-空穴复合率低而备受关注,在光催化领域展现出了巨大的应用潜力。本文阐述了Z-g-C₃N₄型光催化反应体系的作用机理,综述了Z-g-C₃N₄在光催化领域的研究进展,介绍了Z-g-C₃N₄在产氢、转化CO₂、降解有机物等光催化领域的应用,讨论了pH值、导电介质等因素对Z-g-C₃N₄光催化性能的影响。最后指出了Z-g-C₃N₄光催化体系在研究过程中面临的问题和研究方向。     

太阳光响应型Ag2S/Ag3PO4复合材料的制备及催化降解水杨酸

以AgNO₃, Na₂HPO₄和硫粉为原料, 采用共沉淀-水热法合成了具有太阳光响应型Ag₂S/Ag₃PO₄复合材料, 运用扫描电子显微镜(SEM)、 X射线粉末衍射(XRD)、 X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射(UV-Vis DR)光谱等方法对样品进行了表征, 并在模拟太阳光条件下, 考察了Ag₂S/Ag₃PO₄对水杨酸的光催化降解效率. 结果表明, 与Ag₃PO₄相比, Ag₂S的负载量为1%(质量分数)时Ag₂S/Ag₃PO₄粒径变小, 呈立方晶相结构; Ag₂S/Ag₃PO₄复合材料可以有效促进光生电子-空穴分离, 使Ag₃PO₄禁带宽度降低到2.24 eV, 并增强了可见光的吸收能力. 在Ag₂S负载量为1%, 120 ℃水热4 h条件下, Ag₂S/Ag₃PO₄复合材料具有最佳光催化活性, 经模拟太阳光照射60 min对10 mg/L的水杨酸去除率达到88.2%.     

中空全固态Z型异质结光催化剂的研究进展

中空结构材料由于比表面积大、密度低和电荷传输距离短等特点,在光催化反应中具有巨大的应用价值. Z型光催化剂具有宽光谱响应、高稳定性、高光生载流子的分离效率以及强氧化还原能力等优点,受到了广泛关注.然而,由于Z型多元组分和中空结构不稳定,设计并制备高效稳定的中空全固态Z型光催化剂仍是一大挑战.本文综合评述了近年来中空全固态Z型光催化剂的种类、构筑策略及性能等方面的研究进展,并进一步展望了其在未来应用中面临的问题与挑战,最后归纳总结了其设计与发展方向,为高效稳定光催化剂的设计提供了思路.     

铁掺杂氮化碳/BiVO4构建Z型光催化全解水

采用气相挥发法在聚合物氮化碳(PCN)结构中引入了适量的铁(Fe)掺杂组分,成功制备出具有可调Fe掺杂浓度的PCN半导体光催化剂, 其中0.55wt%Fe掺杂的PCN析氢催化活性(410μmol/h)为原始PCN的2.6倍并通过XRD、UV-Vis、PL、XPS、SEM等表征阐明了Fe掺杂对PCN的影响和作用机理。同时调控钒酸铋的生长环境（络合剂、水热时间、pH）合成了具备不同形貌的钒酸铋(BiVO4),进一步成功合成了暴露{010}和{-121}晶面的十面体BiVO4。Z型体系中还原和氧化过程分离,可以在不同催化剂上分别进行氧化还原反应,能够有效抑制逆反应的发生,同时扩宽光催化材料的设计和选择的可能性。以PCN作为产氢端催化剂,十面体BiVO4作为产氧端催化剂,以Fe3+/Fe2+作为离子对构建了Z型体系实现了光催化全解水。其中0.55wt%Fe掺杂的PCN-Fe/BiVO4表现出了更优异的光催化活性,全解水的产氢性能比未改性的PCN/BiVO4提升近一倍,进一步验证了气相挥发法掺杂Fe改性策略的有效性。这种基于催化剂（氮化碳）性质的掺杂改性方法对于催化剂的优化和设计以及构建Z型光催化全解水体系的探索具备一定的借鉴意义。     

基于单质法合成直接Z型CuS-WO_3及光催化性能

以Cu粉和S粉作为CuS前驱体,基于单质法在低温下原位合成了CuS-WO_3光催化剂。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、比表面积和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)对CuS-WO_3的晶相、形貌、粒径及光学性质等进行了表征。结果表明,CuS对WO_3的晶相结构、粒径及比表面积没有明显影响,但是可以有效提高WO_3对可见光的吸收。以降解罗丹明B(Rh B)为反应模型,研究了CuS对WO_3光催化性能的影响。结果表明,在可见光照射下,CuS-WO_3复合材料的光催化活性优于CuS、WO_3的光催化活性,且CuS的含量对CuS-WO_3光催化活性影响显著,CuS含量为7%(w,质量分数)时,光催化效率最高(91.3%)。进一步结合CuS、WO_3的能带位置,荧光光谱(PL)活性物种鉴定试验,提出CuS-WO_3复合光催化剂的"直接Z型"光催化机理。直接Z型CuS-WO_3复合光催化剂中可以有效抑制电子-空穴的复合。因此,与CuS和WO_3相比,CuS-WO_3复合光催化剂具有较高的光催化性能。     

H3PO4改性纳米TiO2气相光催化降解正己烷

利用钛酸丁酯水解浸渍方法制备了几种不同浓度H3PO4改性的TiO2纳米复合粉体材料并作了XRD、BET等表征，以正己烷的气相光催化氧化降解为探针反应研究了H3PO4改性TiO2催化剂的光催化活性，并和未改性TiO2及商品TiO2 Degussa P-25作了比较．结果表明，H3PO4改性能够显著地细化TiO2的晶粒度，增大TiO2的比表面积，同时，适量掺杂H3PO4对TiO2的光催化活性也有较大的促进作用．H3PO4作为掺杂物有优于NH4H2PO4之处．     

水热法制备Ag3PO4/HAP复合光催化剂及其光催化性能（英文）

以牡蛎壳为原料,利用水热法合成高纯度的羟基磷灰石(HAP)载体,经磷酸银负载后,制备出纳米棒状Ag3PO4/HAP复合光催化剂。利用扫描电镜(SEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)对样品进行表征,并考察不同的制备因素对催化剂降解亚甲基蓝溶液性能的影响。结果表明,当质量比为1∶2时制备的1∶2-Ag3PO4/HAP催化剂的表现最为突出,在10 min时即可达到50%的降解率,在40 min时基本降解完全,是一种高效的复合光催化剂。     

基于Ag_3PO_4的全固态Z型光催化体系研究进展（英文）

随着现代工业的迅猛发展,人类面临的能源危机和环境污染问题日益严重.光催化剂技术有望利用太阳能同时解决这两大问题,其关键在于设计高效的光催化体系.传统光催化材料TiO_2具有价廉、活性高及稳定性好等优点,然而其带隙宽(E_g=3.2 e V),仅能利用占太阳光谱约4%的紫外光,从而限制其利用太阳能.可见光占太阳光谱的40%以上,因此开发可见光响应的光催化材料成为光催化领域研究焦点.2010年,叶金花课题组报道了Ag_3PO_4在可见光照射下可高效分解水产氧及降解水体中有机污染物,从而使其迅速成为研究热点.Ag_3PO_4是目前为止报道的光量子效率最高的可见光响应的催化材料,带隙能在2.3~2.5 e V范围内,其高效的光催化活性归结于其独特的电子结构利于光生电荷的分离及转移.然而,由于Ag_3PO_4本身易光蚀,稳定性差,必然限制其实际应用.近年来,为在进一步提升Ag_3PO_4活性的基础上增强稳定性,研究者通过多种方法对其进行修饰,包括贵金属沉积、碳材料修饰、负载及半导体异质复合等.相对于前面几种修饰方法,半导体复合相对高效且成本低.半导体复合主要构成Ⅱ型异质结构和Z型光催化体系.Ⅱ型异质结构由于内建电场的存在可以促进光生电荷的定向转移,从而提高光生电荷的分离效率,进而提高光催化活性.然而,这种电荷的定向迁移会降低光生电荷的氧化还原能力.模拟绿色植物的光合作用过程,一种全固态Z型光催化体系应运而生,其是将两种导带和价带位置匹配的可见光驱动的催化剂分别作为光催化系统Ⅰ(PS Ⅰ)和光催化系统Ⅱ(PS Ⅱ),同时选用导电性能优良的材料(Ag,Au和RGO等)作为电子介体.可见光照条件下,PS Ⅰ和PS Ⅱ均被激发产生电子和空穴,PS Ⅱ导带上的电子通过电子介质与PS Ⅰ价带空穴复合,一方面抑制了PS Ⅰ和PS Ⅱ本身电子和空穴的复合,另一方面保留了PS Ⅰ导带电子的强还原性和PS Ⅱ价带空穴的强氧化性.另外,PS Ⅰ和PS Ⅱ紧密结合形成具有准连续能级的固-固接触界面,PS Ⅱ导带上的电子直接与PS Ⅰ价带空穴复合,形成无电子介体的直接Z型光催化体系.Ag_3PO_4价带顶相对靠下,氧化能力强,往往作为PS Ⅱ组分,其与导带顶相对靠上的催化剂(PS Ⅰ)构成Z型体系,这样Ag_3PO_4导带电子可与PS Ⅰ的价带空穴复合,减弱电子对Ag_3PO_4本身的还原,提高其稳定性;另一方面,Ag_3PO_4价带空穴可参与氧化反应.基于Ag_3PO_4的Z型体系主要以Ag作为电子介体,归因于在制备及光催化过程中原位产生的少量Ag可直接作为电子介体.此外,还原氧化石墨烯(RGO)也可作为电子介体,并且其存在可进一步提高Ag_3PO_4的稳定性.需要指出的是,基于Ag的等离子体共振效应,Ag_3PO_4基等离子体Z型光催化体系也受到关注.目前,Z型光催化体系处在发展阶段,必然存在一些问题,比如,Ⅱ型异质光催化体系与直接Z型光催化体系如何区分,有待进一步研究.另外,报道的基于Ag_3PO_4的Z型体系主要用来光催化降解水体中的有机污染物,催化剂的回收再利用受到限制,今后可开发磁性Ag_3PO_4基Z型体系,解决回收再利用的问题;另外,通过能带调控,可将基于Ag_3PO_4的Z型体系多用于光催化产氢、还原CO_2及处理有害气体.     

Z型光催化剂Sb2WO6/g-C3N4的制备及光催化性能

通过水热反应合成了Sb₂WO₆改性的g-C₃N₄复合材料(Sb₂WO₆ /g-C₃N₄). 通过X射线衍射(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)、 紫外-可见漫散射反射光谱(UV-Vis DRS)和光致发光光谱(PL)等表征了样品的性质. 结果表明, Sb₂WO₆在g-C₃N₄的表面上生长, 并且复合材料光吸收能力有一定的增强, 光生电子-空穴的重组率降低. 通过罗丹明B(RhB)的光降解评价了Sb₂WO₆/g-C₃N₄复合材料的光催化性能. 结果表明, 模拟日光下Sb₂WO₆质量分数为10%的Sb₂WO₆/g-C₃N₄复合材料在60 min内对RhB的降解率为99.3%, 高于纯g-C₃N₄和Sb₂WO₆. Sb₂WO₆/g-C₃N₄复合材料的这种高度增强的光催化活性主要归因于强的界面相互作用促进了光生电子-空穴分离和迁移. 添加自由基清除剂的实验结果表明, ·O^2-和h⁺是光催化反应中的主要活性物质. Sb₂WO₆/g-C₃N₄复合材料在几个反应周期内表现出优异的稳定性. 根据实验结果提出了一种可能的Z型光催化机理.     

Preparation of Z-scheme WO3(H2O)0.333/Ag3PO4 composites with enhanced photocatalytic activity and durability

Ag₃PO₄ is widely used in the field of photocatalysis because of its unique activity. However, photocorrosion limits its practical application. Therefore, it is very urgent to find a solution to improve the light corrosion resistance of Ag₃PO₄. Herein, the Z-scheme WO₃(H₂O)_0.333/Ag₃PO₄ composites are successfully prepared through microwave hydrothermal and simple stirring. The WO₃(H₂O)_0.333/Ag₃PO₄ composites are characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy and UV-Vis spectroscopy. In the degradation of organic pollutants, WO₃(H₂O)_0.333/Ag₃PO₄ composites exhibit excellent performance under visible light. This is mainly attributed to the synergy of WO₃(H₂O)_0.333 and Ag₃PO₄. Especially, the photocatalytic activity of 15%WO₃(H₂O)_0.333/Ag₃PO₄ is the highest, and the methylene blue can be completely degraded in 4 min. In addition, the stability of the composites is also greatly enhanced. After five cycles of testing, the photocatalytic activity of 15%WO₃(H₂O)_0.333/Ag₃PO₄ is not obviously decreased. However, the degradation efficiency of Ag₃PO₄ was only 20.2%. This indicates that adding WO₃(H₂O)_0.333 can significantly improve the photoetching resistance of Ag₃PO₄. Finally, Z-scheme photocatalytic mechanism is investigated.     

Ternary Ag/Ag3PO4/MIL-125-NH2 Z-scheme heterojunction for boosted photocatalytic Cr(VI) cleanup under visible light

The binary Ag₃PO₄/MIL-125-NH₂ (AMN-X) composites were synthesized through ion exchange-solution method, and the ternary Ag/Ag₃PO₄/MIL-125-NH₂ (AAMN-X) Z-scheme heterojunctions were prepared via the photo chemical reduction deposition strategy. The photocatalytic hexavalent chromium (Cr(VI)) sequestration over AMN-X and AAMN-X were investigated under visible light. AAMN-120 accomplished superior reduction performance due to that Ag nanoparticles (NPs) act as electrons transfer bridge to enhance the separation efficiency of photogenerated e⁻-h⁺ pairs, in which the reaction rates (k value) were 2.77 and 124.2 fold higher than those of individual MIL-125-NH₂ and Ag₃PO₄, respectively. The influences of different pH values, small organic acids and coexisting ions on the photocatalytic performance of AAMN-120 were also investigated. In addition, the AAMN-120 heterojunction expressed great reusability and stability in cycling experiments. The mechanism of photocatalytic Cr(VI) was investigated and verified through photoluminescence (PL), electrochemistry, electron spin resonance (ESR), active species capture, and Pt element deposition experiments.     

钡掺杂中空磷酸银光催化剂的选择性及稳定性

半导体光催化材料既可以利用太阳能催化分解水制氢和降解各种有机污染物,同时还可以将温室气体CO2还原成有机低碳烷烃燃料,因此光催化是解决当今能源和环境问题最理想的途径之一.然而,目前所报道的可见光光催化材料大多具有较高的光生载流子复合率和较差的可见光吸收,导致其量子效率较低.因此,开发新型高效可见光光催化材料,拓展半导体材料光谱响应范围以及促进光生电子和空穴有效分离,成为目前光催化材料研究领域急需解决的科学问题.2010年Ye等首次报道了Ag3PO4在光催化中的应用,该材料表现出优异的光催化分解水制氧及降解有机污染物性能,在光吸收波长大于420 nm时的量子效率达到90%.然而,作为一种新型光催化材料,其组成、结构和晶面等对光催化性能的影响尚不清楚.因此,我们开展了Ag3PO4半导体纳米材料的表面微观结构调控研究,创制了一系列具有特殊形貌和选择暴露晶面的Ag3PO4基可见光催化材料,其表现出独特的光催化氧化性能.例如,利用金属络合法制备了具有(100),(110),(111),(221)和(332)等晶面的Ag3PO4晶体,发现通过调控其暴露晶面可进一步提高光催化性能.利用Ag纳米材料所具有的独特表面等离子体共振效应以及良好的导电性,构建了Ag/Ag3PO4核壳型纳米线、项链状Ag/Ag3PO4纳米线、项链状及均匀分布的Ag3PO4/PAN纳米复合纤维等异质光催化材料,提高了光生电子-空穴的分离效率,实现了有机污染物的高效催化氧化消除.然而,由于Ag3PO4在光催化反应过程中的稳定性较差以及成本较高,严重限制了其实际应用.因此,设计和制备具有高稳定性、低成本的Ag3PO4光催化材料成为目前急需开展的研究领域.本文以Ba3(PO4)2纳米片为模板和磷酸离子源,通过阳离子置换法一步制备了具有中空结构的Ba离子掺杂Ag3PO4光催化材料. 光催化结果表明, Ba离子的掺杂不但可以有效提高Ag3PO4光催化活性,并且可改变降解有机污染物甲基橙(MO)和罗丹明B(RhB)的选择性,实现优先降解MO.另外,此法制备的Ag3PO4材料经重复使用多次后仍表现出较高的光催化性能.进一步研究表明, Ba离子掺杂增强了Ag3PO4的表面电负性,因而吸附具有负电性的MO能力增加,使其光催化性能提高,此外,该法还可用于制备Ba3(PO4)2/Ag3PO4复合光催化材料,当Ag3PO4含量为40%时,该复合材料具有与纯相Ag3PO4相同的光催化剂活性.由此可见,通过合理掺杂金属离子及形成复合结构可以有效提高Ag3PO4光催化材料的活性和稳定性,降低Ag3PO4用量,这对Ag3PO4光催化材料的设计与改进具有一定指导意义.     

Ag_3PO_4/BiVO_4复合光催化剂的制备及可见光催化降解染料(英文)

结合回流法和原位沉淀法成功制备磷酸银/矾酸铋(Ag3PO4/BiVO4)复合光催化剂.通过X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、能量色散X射线光谱(EDS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)及光致发光(PL)光谱对制备样品进行表征.XRD和FESEM结果表明成功制备Ag3PO4/BiVO4复合光催化剂.采用节能发光二极管灯(LED)作为可见光光源,在低消耗光催化系统中评价制备样品可见光催化降解染料的活性.当Ag3PO4和BiVO4的组成摩尔比为1:3时,复合Ag3PO4/BiVO4光催化剂呈现出高于纯相Ag3PO4的催化活性,可减少Ag3PO4的使用量.Ag3PO4/BiVO4复合光催化剂在中性溶液中表现出高活性,同时证实其对阳离子染料的光催化降解效果强于阴离子染料.在Ag3PO4/BiVO4系统中,超氧自由基和空穴是主要的活性物种.经过三次循环利用,Ag3PO4/BiVO4复合催化剂的可见光催化活性表现出不同程度的降低,归因于降解过程中产生金属银.     

Ag3PO4/Ag2CO3 p-n异质结复合光催化剂的制备及增强的可见光催化性能

半导体光催化氧化技术作为一种“绿色技术”,被广泛应用于环境污染物治理和太阳能转化领域.高效、稳定、可回收利用的催化剂的开发是光催化技术发展的一个重要方向. Ag系半导体光催化剂因在可见光分解水制氢及降解有机污染物等方面表现出优异的催化性能而广受关注.然而,该催化剂失活快制约了其应用.因此,提高Ag系半导体材料的光催化稳定性成为近年来研究的一个热点.研究发现,在半导体的表面或者界面形成p–n异质结是提高催化剂光催化性能和稳定性的有效途径.理论上讲,当p型半导体和n型半导体形成p–n结以后,在两种半导体接触边缘的附近处存在着正、负空间电荷分列两边的偶极层,产生了从n型半导体指向p型半导体的内建电场.内建电场的存在使得p型半导体与n型半导体之间产生了电位差,即内建电势差.这种电势差能够有效促进电子和空穴的分离,达到光生电子和空穴对分离、转移和传递的目的,从而抑制电子和空穴的复合,提高光催化效率. Ag2CO3是p型半导体,其导带为0.21 eV,价带为2.83 eV; Ag3PO4是n型半导体,其导带为0.43 eV,价带为2.86 eV.两者能带结构匹配,能形成p–n异质结.因此,本文采用简单的共沉淀法,制备了不同比例的Ag3PO4/Ag2CO3复合光催化剂,并通过X射线衍射、透射电镜、X射线光电子能谱、紫外-可见漫反射光谱以及瞬态光电压谱等对其进行了表征.透射电镜照片显示,粒径较小的Ag3PO4颗粒均匀的分布在粒径较大的Ag2CO3周围. P元素和C元素的摩尔比接近于投料比. Ag3PO4/Ag2CO3复合催化剂的吸收光谱体现出两种催化剂的混合特征,在可见光区的吸收强度增加.瞬态光电压表征不仅证实了Ag2CO3是p型半导体, Ag3PO4是n型半导体,更说明了40%-Ag3PO4/Ag2CO3复合光催化剂的载流子寿命较长.罗丹明B(RhB)的降解实验证实40%-Ag3PO4/Ag2CO3(Ag3PO4与Ag2CO3的摩尔比为40%：60%)复合催化剂的光催化效率最高,500 W氙灯(附加420 nm截止波长的滤光片)照射15 min后, RhB就能被完全降解,而纯的Ag3PO4和Ag2CO3对RhB的降解率只有40%和10%.循环实验发现,前两次循环中由于单质银的生成导致催化剂活性下降,但从第三次循环开始其催化活性趋于稳定.此外,还通过添加草酸钠(空穴的清除剂)、异丙醇(羟基自由基的清除剂)和对苯醌(超氧自由基的淬灭剂)等来判断光催化过程中起主要作用的活性自由基.实验证实空穴是Ag3PO4/Ag2CO3光催化剂在降解RhB过程中产生的主要活性自由基物种. Ag3PO4/Ag2CO3光催化剂相对于单纯的Ag3PO4和Ag2CO3有更高的空穴产生能力.当可见光照射到复合催化剂表面时, Ag2CO3导带上的激发电子能够快速转移到Ag3PO4的导带上,同时Ag3PO4价带上的光生空穴能够快速转移到Ag2CO3的价带上. p–n结的形成提高了光生电子和空穴的分离效率,抑制了电子和空穴的再结合,因此,复合光催化剂光催化降解效率提高.综上所述, Ag3PO4/Ag2CO3之间能形成有效p–n结,40%-Ag3PO4/Ag2CO3复合光催化剂表现出最佳的光催化性能.     

Z-机制磷酸银/钨酸铋复合物的构建及其可见光催化降解有机污染物(英文)

环境危害不仅对人类健康构成巨大威胁,而且也阻碍了经济社会的快速发展.光催化剂通过利用太阳能来降解污染物为环境问题提供一条理想的途径.光催化剂的制备应该考虑以下几点:(1)对可见光响应;(2)高量子效率和稳定性;(3)安全、廉价、无毒的原材料.早期的一些催化剂如二氧化钛、氧化锌、硫化锌、锗酸锌和磷酸铋等在紫外线照射下表现出优秀的光催化活性.但是紫外光是稀有的,而且对人体健康有害.近年来,对宽带隙半导体的改性如掺杂、贵金属沉积、构建异质结或固溶体催化剂取得了有效进展.遗憾的是,受限于材料的固有属性,有限的改进仍然不能满足实际应用的需求.因此,探索高效稳定的可见光驱动的光催化剂依然是十分有意义的.磷酸银在可见光下表现出超强的光催化降解有机污染物和产氧的能力,但是磷酸银容易受到光腐蚀,光催化活性和稳定性很难维持.另外,磷酸银导带上的电子电势较正,这将导致其很难在光催化过程中被利用.而磷酸银导带上电子的积累会抑制其内部电子空穴对的分离,从而对磷酸银的光催化活性和稳定性造成不利影响.本文选择钨酸铋纳米片与磷酸银复合去抑制电子空穴对的复合和进一步提高磷酸银的活性和稳定性.样品的粉末X射线衍射、能谱和X光电子能谱的分析证实了磷酸银/钨酸铋复合物已经被成功合成.稳态荧光光谱证实了磷酸银/钨酸铋复合物的构建可以作为一种有效抑制电子和空穴对复合的手段.通过对样品进行光催化降解次甲基蓝的实验,我们发现磷酸银/钨酸铋复合材料展现出比磷酸银和钨酸铋更强的光催化活性.其中,磷酸银/钨酸铋光催化降解次甲基蓝的速率为0.61385 min~(-1),这是磷酸银(0.47179 min~(-1))和钨酸铋(0.10270 min~(-1))活性的1.3和6.0倍.同时,磷酸银/钨酸铋表现出耐久的稳定性,在连续五次光降解过程中几乎没有明显的活性损失.进一步通过对磷酸银/钨酸铋复合材料进行光催化活性成分的捕获实验,我们发现空穴、超氧负离子自由基和羟基自由基都发挥了一定的作用.最后,我们讨论了光催化机制,Z-机制光催化机制被认为是合理的.     

Direct electrospinning method for the construction of Z-scheme TiO2/g-C3N4/RGO ternary heterojunction photocatalysts with remarkably ameliorated photocatalytic performance

A series of Z-scheme TiO₂/g-C₃N₄/RGO ternary heterojunction photocatalysts are successfully constructed via a direct electrospinning technique coupled with an annealing process for the first time. They are investigated comprehensively in terms of crystal structure, morphology, composition, specific surface area, photoelectrochemical properties, photodegradation performance, etc. Compared with binary TiO₂/g-C₃N₄ and single-component photocatalysts, ternary heterojunction photocatalysts show the best photodegradation performance for RhB under stimulated sunlight. This can be attributed to the enlarged specific surface area (111.41 m²/g), the formation of Z-scheme heterojunction, and the high separation migration efficiency of photoexcited charge carriers. A potential Z-scheme mechanism for ternary heterojunction photocatalysts is proposed to elucidate the remarkably ameliorated photocatalytic performance based on active species trapping experiments, PL detection test of hydroxyl radicals, and photoelectrochemical properties.     

{110}晶面取向Ag3PO4多面体的水热制备及可见光催化活性

采用简易水热法在聚乙二醇-6000 (PEG-6000)辅助下合成了Ag₃PO₄多面体.系统考察了水热反应温度、时间及PEG-6000用量对产物形貌和结构的影响.通过X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和荧光(PL)光谱等测试手段对光催化剂进行了表征.结果表明,适宜的水热温度及PEG-6000用量是制备具有{110}活性晶面取向Ag₃PO₄多面体的必要条件,该多面体通过纳米颗粒的Ostwald熟化效应生长而成.可见光催化降解罗丹明B (RhB)的实验表明,该Ag₃PO₄多面体活性明显优于其它水热条件下所制备的非{110}取向晶面样品和离子交换法所得纳米颗粒,其降解反应速率常数(k)为离子交换法所得Ag₃PO₄纳米颗粒的8.3倍.总有机碳含量(TOC)及循环实验证明,该Ag₃PO₄多面体可以有效地矿化RhB并保持较好的循环稳定性.活性自由基捕获实验表明,空穴(h⁺)和羟基自由基(·OH)是光催化氧化的主要活性物种.结合活性物种的氧化还原电位以及Ag₃PO₄的能带结构分析,提出了催化反应界面光生电子-空穴(e^--h⁺)对的分离及转移机制.