Preparation of high‐activity AgBr/Ag3PO4 photocatalyst based on hexadecyltrimethylammonium bromide and mechanism of photocatalytic enhancement

A high‐activity AgBr/Ag₃PO₄ heterojunction photocatalyst was synthesized based on hexadecyltrimethylammonium bromide. Its microspheres were characterized using X‐ray diffractometry, transmission electron microscopy and ultraviolet–visible diffuse reflectance spectroscopy. The new photocatalyst with high photocatalytic activity exceptionally outperforms pure Ag₃PO₄ and AgBr in methyl orange degradation. The enhancement of photocatalytic activity is attributed to the efficient separation of electron–hole pairs. In this photocatalytic reaction, h⁺ and ^?O^2? are the main reactive species that induce visible‐light‐driven degradation.     

无机离子对Ag_3PO_4可见光降解亚甲基蓝的影响

以亚甲基蓝(MB)为模拟废水污染物,Ag3PO4为光催化剂,固定污染物初始浓度、催化剂用量、光照强度和照射时间等,探讨不同浓度的无机阴、阳离子(NO-3、Cl-、SO2-4、Na+、Ca2+、Mg2+、Al 3+)对Ag3PO4光催化降解偶氮染料MB的影响.结果表明,Na+和NO-3对Ag3PO4光催化降解MB没有明显的影响;Cl-在一定程度上对MB的降解具有促进作用;SO2-4、Ca2+、Mg2+、Al3+在不同程度上抑制了该光催化反应的进行,且抑制顺序为SO2-4Ca2+Mg2+Al 3+.     

具有可见光催化活性的Ag_3PO_4/NaNbO_3复合材料的合成与表征

采用共沉淀法制备了Ag_3PO_4/NaNbO_3复合半导体光催化剂,利用X-射线衍射、X射线光电子能谱、紫外漫反射和扫描电镜等方法对合成样品进行表征.测试了样品对亚甲基蓝溶液的光催化降解活性,复合材料的催化活性远高于单体的Ag_3PO_4和NaNbO_3.     

可见光响应的CO3(PO4)2/Ag3PO4纳米复合光催化剂的制备及表征

采用简单的化学偏聚法合成出Ag3PO4纳米颗粒、磷酸钴(Co3(PO4)2,CoP)纳米片以及它们两者的纳米复合结构(CoP/Ag3PO4),同时还比较了它们的可见光催化活性.采用场发射扫描电镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱以及光致发光谱等手段对其形貌、结构、光学以及可见光催化性能等进行表征.结果表明,CoP/Ag3PO4复合纳米结构的可见光降解甲基橙(MO)的速率和循环稳定性均明显优于其它两种物质.这表明CoP应该起着共催化剂的作用,它能够抑制光生电子与空穴之间的复合,并且提供大量高活性的光生空穴.此外,我们还发现CoP/Ag3PO4降解另一种阳离子型染料——罗丹明B(RhB)的能力则远不如纯Ag3PO4,这可能是与光催化剂的表面性质发生改变有关,造成更低的RhB吸附能力.本文提供了一种廉价制备高效可见光催化剂的新方法.     

可见光响应的Co3(PO4)2/Ag3PO4纳米复合光催化剂的制备及表征

采用简单的化学偏聚法合成出Ag3PO4纳米颗粒、磷酸钴(Co3(PO4)2,CoP)纳米片以及它们两者的纳米复合结构(CoP/Ag3PO4),同时还比较了它们的可见光催化活性.采用场发射扫描电镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱以及光致发光谱等手段对其形貌、结构、光学以及可见光催化性能等进行表征.结果表明,CoP/Ag3PO4复合纳米结构的可见光降解甲基橙(MO)的速率和循环稳定性均明显优于其它两种物质.这表明CoP应该起着共催化剂的作用,它能够抑制光生电子与空穴之间的复合,并且提供大量高活性的光生空穴.此外,我们还发现CoP/Ag3PO4降解另一种阳离子型染料——罗丹明B(RhB)的能力则远不如纯Ag3PO4,这可能是与光催化剂的表面性质发生改变有关,造成更低的RhB吸附能力.本文提供了一种廉价制备高效可见光催化剂的新方法.     

Facile Synthesis of Ag/Ag3PO4 Composites with Highly Efficient and Stable Photocatalytic Performance under Visible Light

The Ag/Ag₃PO₄ composites with various shapes (spheres, polyhedral, and microcubes) were synthesized by a facile precipitation method and a subsequent light‐reduction route at room temperature. The as‐prepared Ag/Ag₃PO₄ composites were characterized in detail by X‐ray diffraction, Fourier transform infrared spectra, X‐ray photoelectron spectroscopy, scanning electron microscopy, UV–vis diffuse reflection, and photoluminescence spectroscopy. The growth processes of different morphologies Ag/Ag₃PO₄ composites are also discussed. The decomposition test of rhodamine B (RhB) indicated that the Ag/Ag₃PO₄ composites enhanced the photocatalytic performance compared with pure Ag₃PO₄, which was attributed to the surface plasmon resonance (SPR) of Ag nanoparticles and the stability of the photocatalysts. Moreover, uniform cubes of Ag/Ag₃PO₄ showed the highest photocatalytic activity and could completely degrade RhB in 7 min, which could be primarily ascribed to the cubic structure of Ag/Ag₃PO₄ with strong visible‐light absorption and efficient separation of the photo‐generated electrons and holes. Furthermore, the possible photocatalytic mechanism is also discussed.     

稳定的高可见光活性Ag3PO4/WO3复合光催化剂

通过离子交换法制备了Ag3PO4/WO3复合光催化剂。用X射线衍射、扫描电子显微镜和紫外可见漫反射光谱对所制备的样品进行了表征。通过在可见光(λ>420 nm)下降解水中的甲基橙来检测样品的光催化活性。结果表明,Ag3PO4/WO3的光催化活性和稳定性均高于纯相Ag3PO4,其原因是,Ag3PO4导带上的光生电子易于向WO3转移,提高了光生载流子的分离效率,也使得光生电子不再将Ag3PO4中的Ag+还原为Ag。     

GO/Ag3PO4复合光催化剂的制备、表征及光催化性能

以石墨粉为原料,采用Hummers氧化法合成氧化石墨烯(GO).然后在超声作用下,将不同含量的Ag₃PO₄沉积在GO上,制备了一系列4% (w,质量分数) GO/Ag₃PO₄、8% GO/Ag₃PO₄、16% GO/Ag₃PO₄和32% GO/Ag₃PO₄复合光催化剂.对所制备的光催化剂运用N₂物理吸附、X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis DRS)等手段进行了表征,并在可见光下考察了GO含量对Ag₃PO₄光催化降解甲基橙(MO)的性能.结果表明, GO能够和Ag₃PO₄实现均匀复合.复合GO提高了催化剂的比表面积,改善了催化剂的吸附性能.复合16% GO使Ag₃PO₄光催化活性提高最显著, 120 min内对MO的降解率达到83%,是纯Ag₃PO₄光催化活性的7.5倍. GO能提高催化剂的比表面积,促进光生电子-空穴(e^-/h⁺)的分离,产生更多活性自由基,从而提高Ag₃PO₄光催化的活性和稳定性.     

Ag3PO4微晶表面热力学函数的温度及形貌效应

在室温下采用离子交换法制备了四足状、 立方体状和十二面体状Ag₃PO₄微晶及Ag₃PO₄块体, 并进行了表征. 以Ag₃PO₄微/纳米和块体材料热力学性质的区别为基础, 结合化学热力学理论和热动力学基本原理, 导出摩尔表面热力学关系式. 在此基础上, 采用原位微量热技术获取Ag₃PO₄的化学反应动力学信息和表面热力学函数, 讨论了形貌和温度对表面热力学性质变化的影响. 结果表明, 四足状Ag₃PO₄的摩尔表面焓(\begin{array}{c}{H}_m^s\end{array})、 摩尔表面Gibbs自由能(\begin{array}{c}{G}_m^s\end{array})和摩尔表面熵(\begin{array}{c}{S}_m^s\end{array})最大, 立方体状次之, 十二面体状最小; \begin{array}{c}{H}_m^s\end{array}和\begin{array}{c}{S}_m^s\end{array}随温度的升高而增大, \begin{array}{c}{G}_m^s\end{array}则随温度的升高而减小.     

磁性AgBr/Ag3PO4/ZnFe2O4复合催化剂的制备及光催化性能

水热法结合原位沉淀法成功制备新型磁性溴化银/磷酸银/铁酸锌(AgBr/Ag₃PO₄/ZnFe₂O₄)复合催化剂,并通过X射线衍射、能量色散X射线、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜和紫外-可见漫反射光谱对其晶相结构、组成、形貌及吸光性能进行了表征。在可见光照射下,所制备的AgBr/Ag₃PO₄/ZnFe₂O₄复合催化剂光催化降解罗丹明B (RhB)的活性优于Ag3PO4/ZnFe₂O₄、AgBr/ZnFe₂O₄和P25 TiO₂。在酸性和碱性溶液中,AgBr/Ag₃PO₄/ZnFe₂O₄光催化剂呈现出优良光催化性能。在AgBr/Ag₃PO₄/ZnFe₂O₄体系中,光催化降解RhB的速率随着反应体系温度的升高而增大,由阿伦尼乌斯方程计算获得反应体系活化能为31.9 kJ·mol^-1。AgBr/Ag₃PO₄/ZnFe₂O₄复合材料优异的可见光催化活性归因于光生电荷的有效分离,所产生的超氧自由基和空穴是RhB降解的主要活性物种。     

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.     

Ag3PO4溶解热力学函数的晶面效应与温度效应

在室温下制备了立方体{100}、 四面体{111}、 菱形十二面体{110}和块体Ag₃PO₄微晶, 并进行了表征. 测定了其在不同温度下水溶液中的电导率, 结合强电解质溶液和溶解热力学理论, 得到了Ag₃PO₄微晶的溶解热力学函数. 以具有不同晶面的Ag₃PO₄微晶为模型, 研究了纳米材料溶解热力学函数的晶面效应和温度效应. 结果表明, 具有{110}晶面的菱形十二面体Ag₃PO₄的标准摩尔溶解吉布斯自由能()、 标准摩尔溶解焓()和标准摩尔溶解熵()最大, 具有{100}晶面的立方体Ag₃PO₄次之, 具有{111}晶面的四面体Ag₃PO₄最小; 溶解平衡常数(K_{\mathrm{SP}})和随着温度的升高而增大.     

BiPO4@Ag3PO4核/壳异质结的制备及光催化性能

采用简单的水热法结合离子交换法制备了BiPO4@Ag3PO4核/壳异质结光催化剂,采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见漫反射光谱仪(DRS)和X射线光电子能谱仪(XPS)等对催化剂的形貌、组成、晶型和光物理性质等进行了研究,用罗丹明B(RhB)为模拟水体中有机污染物分别在可见光和模拟太阳光照条件下对催化剂的催化活性进行了测试.结果表明,负载Ag3PO4的BiPO4微米棒具有较高的可见光响应,其核/壳异质结结构有利于光生电子-空穴对的有效分离和提高对RhB的光催化降解效率,在可见光和模拟太阳光照射条件下分别在60和40 min可使RhB完全脱色降解.活性物种检测实验结果证明,该催化剂在污染物降解过程中主要的机理是光生空穴的直接氧化.     

Ag_3PO_4表面热力学性质及光催化原位过程热动力学的晶面效应

采用湿化学法制备了立方体{100}、四面体{111}和菱形十二面体{110}磷酸银微晶,通过场发射扫描电镜(FE-SEM),X射线粉末衍射(XRD),固体紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS),光电流,光致发光(PL)对催化剂的组分、结构、形貌及光电性质进行了系统表征。以罗丹明B(Rh B)为目标污染物,对不同形貌Ag_3PO_4微晶的可见光催化活性进行了探究。通过微热量技术结合过渡态理论和热化学循环原理对Ag_3PO_4的摩尔表面Gibbs自由能进行了测定,其数值分别为1.2972、0.9621、0.5414 k J?mol-1。采用自主设计的新型LED光-微热量系统获取了Ag_3PO_4原位光催化降解Rh B 2 h的热效应和稳定放热阶段的热焓变化率,并对其热谱曲线进行了合理的解析。结果表明,Ag_3PO_4的催化活性与原位光催化降解Rh B的热效应、热焓变化率以及摩尔表面Gibbs自由能皆呈正相关。此外,通过捕获剂实验和电子顺磁共振(ESR)确定了Ag_3PO_4光催化降解Rh B过程的主要活性基团。     

Y2O3/Ag3VO4复合可见光催化剂的制备及其光催化性能

以Na3VO4.12H2O,AgNO3和Y(NO3)3.6H2O为原料,采用浸渍法制备了Y2O3/Ag3VO4复合可见光催化剂,并用XRD,SEM,XPS,UV-Vis等测试手段表征了试样的结构和性能。结果显示,Y2 O3/Ag3VO4复合可见光催化剂为单斜结构,Y以Y2 O3的形式分散在Ag3VO4晶体的表面。UV-Vis测试结果表明,Y2O3/Ag3VO4较纯Ag3VO4吸收带边发生了红移,在可见光区的吸收增强;以金属卤灯(波长大于400 nm)为光源,研究了Y2O3/Ag3VO4催化剂对甲基橙(MO)的可见光催化降解性能。结果发现,Y2O3/Ag3VO4复合可见光催化剂的光催化活性较纯Ag3VO4均有大幅提高,其中Y掺杂量为4%时活性最高。     

TiO_2分级结构/Ag_3PO_4复合材料的可见光催化性能

制备了具有分级结构的海胆状TiO2纳米材料,并通过原位沉积法将可见光响应的Ag3PO4纳米颗粒沉积到TiO2的纳米分级结构上,合成了具有高效稳定可见光催化性能的系列TiO2分级结构/Ag3PO4复合材料,对比测试了系列材料对罗丹明B(RhB)的光催化降解性能.结果表明,TiO2分级结构/Ag3PO4复合材料光催化性能明显高于纯相的Ag3PO4光催化剂,同时也明显优于TiO2(P25)/Ag3PO4复合光催化剂,其中分级结构TiO2与Ag3PO4摩尔比为1∶1的复合材料具有最强的光催化性能,在可见光照射6min内可实现RhB的完全脱色.分析结果表明,与纳米颗粒TiO2相比,具有海胆状纳米结构的TiO2可为Ag3PO4的负载提供更多的担载位点,增加TiO2和Ag3PO4的接触面积,进而提升Ag3PO4光激发产生的光生电子-空穴的分离效率.同时在光降解过程中,Ag3PO4表面存在的少量Ag+会逐渐还原成单质Ag0,通过Ag0的等离子体共振效应,可增加对光子的吸收转换能力,从而进一步提高该复合材料光催化降解染料的性能.     

Preparation of Ag3PO4/AgBr Hybrids Using a Facile Grinding Method and Their Applications as Photocatalysts

Highly efficient visible-light-induced Ag₃PO₄/AgBr hybrids were prepared via a facile and effective grinding method. The synthetic route was simply achieved through the grinding of Ag₃PO₄ with NaBr in an agate mortar at room temperature. During the grinding process, the mechanochemical effect induced the solid-state reaction of Ag₃PO₄ and NaBr to form AgBr nanoparticles on the surface of the Ag₃PO₄ particles. After calcination and wa-shing, Ag₃PO₄/AgBr hybrids were obtained. The AgBr shells prevented photocorrosion and improved the structural stability in water. Interestingly, the compositions, morphologies and optical absorption properties of the Ag₃PO₄/AgBr hybrids could be finely controlled by adjusting the NaBr content and grinding time. The photocatalytic activities of the as-prepared samples were investigated in terms of the degradation of rhodamine B(RhB) under visible light irradiation. The photocatalytic activities of the Ag₃PO₄/AgBr hybrids were much improved compared to those of of Ag₃PO₄ or AgBr individually. Under visible light irradiation for 1 h, the Ag₃PO₄/AgBr hybrids exhibited a 66.8%-76.8% increase in photocatalytic efficiency compared to pure Ag₃PO₄.     

Preparation of porous g‐C3N4/Ag/Cu2O: a new composite with enhanced visible‐light photocatalytic activity

From previous reports, graphitic carbon nitride (g‐C₃N₄) can be used as a photocatalyst, although the low efficiency of solar energy utilization, small specific surface area and high recombination rate of photogenerated electron–hole pairs limit its practical application. For the purpose of increasing photocatalytic activity, especially under irradiation of visible light, we successfully synthesized a new composite, namely porous g‐C₃N₄/Ag/Cu₂O, through chemical adsorption of Ag‐doped Cu₂O on porous g‐C₃N₄, which has not been investigated carefully worldwide. The composition, morphology and optical properties of the composite were investigated through methods including X‐ray diffraction, energy‐dispersive X‐ray, Fourier transform infrared, UV–visible and photoluminescence spectroscopies and transmission electron microscopy. Using rhodamine B as organic pollutant to be degraded under the irradiation of visible light, different mass ratios of Ag/Cu₂O doped on porous g‐C₃N₄ led to enhanced photocatalytic performance of the composite compared to pure porous g‐C₃N₄. When the mass ratio of Ag/Cu₂O is 15%, porous g‐C₃N₄/Ag/Cu₂O exhibits a degradation rate 2.015 times higher than that of pure porous g‐C₃N₄. The reasons for this phenomenon may be attributed to the increased utilization efficiency of visible light, high‐speed separation of photogenerated electron–hole pairs, accelerated interfacial transfer process of electrons and increased surface area of the composite. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

Ag_3PO_4/Palygorskite的静电调控合成及可见光催化降解罗丹明B和气相异丙醇

以大比表面的廉价易得的凹凸棒(palygorskite)为载体,借助带电荷界面的静电调控作用,采用吸附-沉积沉淀方法制备磷酸银/凹凸棒(Ag3PO4/palygorskite)复合催化剂.利用X-射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、原子吸收光谱(AAS)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等技术系统地表征催化剂.之所以能够制备高分散性的凹凸棒负载的磷酸银催化剂,主要是因为凹凸棒具有较大的比表面积、带负电荷界面以及适宜的磷酸根前驱体.以可见光催化脱色降解罗丹明B和氧化降解异丙醇为探针反应,考察复合材料的催化性能.研究表明,与纯磷酸银相比,磷酸银/凹凸棒催化脱色降解罗丹明B和氧化降解异丙醇速率分别提高了2和2.5倍.     

不同形貌Ag_3PO_4的表面自由能及原位光催化过程的热力学和动力学参数

<正>目前,在利用表面能研究纳米催化剂形貌效应时,多以催化剂表面原子排布或不同晶面的夹角与密勒指数间的关系来定性描述表面能高低[1,2],或利用密度泛函理论对表面能进行理论计算[3,4],但其数值可能会因计算方法和模型不符而与真实值存在偏差,而表面能的实验测定至今仍无精确、可靠、通用的方法[5].因此发展一种准确获取表面能的普适性方法并与材料的催化性能相关联非常必要.微量热技术能对体系变化过程进行实时监测,通过体系变化过程的热力学和动力学参数获取纳米材料的