摘要:
Ag3PO4由于具有獨特的活性而被廣泛應(yīng)用于光催化領(lǐng)域.然而,由于其光生電子和空穴的快速復(fù)合,Ag3PO4的光催化性能在幾個循環(huán)之后顯著下降,光腐蝕限制了它的實際應(yīng)用.因此,亟需設(shè)計一種新型的復(fù)合光催化劑來抑制電子空穴對的快速復(fù)合.而Z型復(fù)合光催化劑可綜合不同光催化劑的優(yōu)點,克服單一光催化劑的缺點.Z方案體系使用兩個窄帶隙的催化劑取代寬帶隙的光催化劑,從而可以捕獲更多的光子.并且光催化劑的氧化還原反應(yīng)分開進行,可以有效地防止電子和空穴的復(fù)合,從而大大提高復(fù)合光催化劑的性能.本文通過微波水熱法和簡單攪拌法成功地制備了Z機制WO3(H2O)0.333/Ag3PO4復(fù)合材料.采用X射線衍射、掃描電子顯微鏡、X射線光電子能譜、N2吸附-解吸等溫線、比表面積測定、紫外-可見光譜和光電流曲線等方法對WO3(H2O)0.333/Ag3PO4復(fù)合材料進行了表征.通過這些表征,我們確定了所研究的光催化劑物相高度匹配;確定了光催化劑的形貌:確定了復(fù)合光催化劑是復(fù)合物,而不是簡單的混合物;確定了光催化劑中光生電子和空穴的結(jié)合、分離效率;研究了光催化劑的吸收邊以及帶隙.光催化降解測試發(fā)現(xiàn),WO3(H2O)0.333/Ag3PO4復(fù)合材料在可見光下表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能,這主要歸因于WO3(H2O)0.333/Ag3PO4的協(xié)同作用.其中15%WO3(H2O)0.333/Ag3PO4的光催化活性最高,在4min內(nèi)幾乎將30mL20mol/L的次甲基藍完全降解.并且,復(fù)合材料的穩(wěn)定性也得到很大提升.經(jīng)過5次循環(huán)反應(yīng)后,15%WO3(H2O)0.333/Ag3PO4的降解效率仍可以維持在88.2%.相比之下,純Ag3PO4的降解效率僅為20.2%.這表明添加WO3(H2O)0.333可以顯著提高Ag3PO4的耐光腐蝕性.最后,我們詳細研究了Z-機制機理.在可見光照射下,Ag3PO4和WO3(H2O)0.333的表面產(chǎn)生電子-空穴對.WO3(H2O)0.333的光生電子首先轉(zhuǎn)移到其導(dǎo)帶,然后遷移到Ag3PO4的價帶中與空穴結(jié)合.因此,Ag3PO4的光生電子和空穴被有效分離,光生電子連續(xù)轉(zhuǎn)移到Ag3PO4的導(dǎo)帶界面.這樣,Ag3PO4的導(dǎo)帶界面上積累了大量的電子,并且在WO3(H2O)0.333的價帶界面中積累了大量的空穴.在空穴的作用下,–OH與h+反應(yīng)生成·OH,·OH與污染物甲基藍反應(yīng)生成CO2和H2O.同時,大量的H+和O2與電子反應(yīng),在Ag3PO4的導(dǎo)帶界面處產(chǎn)生H2O2.之后,H2O2與電子反應(yīng)產(chǎn)生·OH,·OH與甲基藍反應(yīng)形成CO2和H2O.這樣,光生電子和空穴連續(xù)分離,大大提高了光催化反應(yīng)速度,最終催化劑的光催化活性得到極大的提高.