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光催化剂只有在光的照射激发下,才能发生一系列的光催化反应,但光源撤除时,反应会立刻停止,这限制了光催化剂的广泛应用。长余辉发光材料因为其储能-释能的性质而被视为可支持半导体光催化剂全天候光催化潜能材料。近年来利用长余辉材料辅助的半导体光催化剂越来越多,半导体通过纳米粒子等离子共振效应增强可见光吸收,长余辉发光材料能在无光照条件下提供光源持续激发等离子光催化剂,使其在无光照条件下继续进行光催化反应。本论文,一方面对半导体光催化剂进行修饰,负载贵金属纳米金,拓宽可见光的吸收范围;另一方面将纳米金等离子复合光催化剂与长余辉发光材料复合,通过与纳米金等离子共振效应的协同作用,探究长余辉发光材料辅助的等离子半导体光催化剂黑暗处降解有机污染物的性能。
(1)SrAl2O4:Eu2+,Dy3+/Au@BiVO4长余辉材料辅助的等离子体光催化剂:采用柠檬酸还原法制备NanoAu溶液,结合溶胶凝胶法制备Au@BiVO4等离子光催化剂,再通过机械球磨法将Au@BiVO4和SrAl2O4:Eu2+,Dy3+混合均匀,最后在氩气保护下400℃煅烧保持4h,形成蓄光光催化剂。通过应用XRD、FE-SEM、UV-visDRS、荧光光谱、XPS、光电流密度等表征方法研究了材料的结晶度、表面形貌、光吸收性能、荧光性能以及光电化学性能。实验结果表明,500℃、4h下可以形成单斜相的BiVO4样品。纳米金负载的BiVO4样品可见光吸收强度随着金负载量的不同先增大后减小,光电流响应也先增大后减少,可见光照射1h可降解亚甲基蓝(MB)80%。蓄光光催化剂在光照10min黑暗90min条件下交替降解有机污染物MB,在可见光下和黑暗处对MB降解效率均有提高,在黑暗处可降解7%。研究表明长余辉蓄光材料SrAl2O4:Eu2+,Dy3+发出的光能被BiVO4吸收,纳米金的等离子共振效应提高了BiVO4对长余辉材料的响应范围,降解主要活性物质是羟基自由基和空穴。
(2)SrAl2O4:Eu2+,Dy3+/Au@SrTiO3长余辉材料辅助的等离子体光催化剂:采用溶剂热法制备得到立方相钙钛矿结构的SrTiO3样品,然后采用柠檬酸还原法合成Au@SrTiO3样品,最后通过机械球磨法将Au@SrTiO3和SrAl2O4:Eu2+,Dy3+混合均匀,最后在氩气保护下300℃煅烧保持4h,形成蓄光光催化剂。通过应用XRD、FE-SEM、UV-visDRS、荧光光谱、XPS、光电流密度等表征方法研究了材料的结晶度、表面形貌、光吸收性能、荧光性能以及光电化学性能。实验结果表明:随着纳米金的负载,由于纳米金等离子共振效应,Au@SrTiO3在可见光区有强烈的吸收带。在纳米金负载量达1.42wt%时,Au@SrTiO3漫反射光谱吸收强度最大并与SrAl2O4:Eu2+,Dy3+的发射峰出现最大重叠,光电流响应强度也达到最大。通过降解实验表明,黑暗条件下单一的SrTiO3不能利用长余辉发光材料发出的余辉,在黑暗处没有活性。长余辉材料与纳米金负载的SrTiO3复合时,不管在可见光下还是在黑暗条件下光催化降解RhB效率均提高,经过光照15min和黑暗120min的交替降解有机污染物实验,在黑暗处可降解6%RhB,其降解的主要的活性离子为空穴。
(3)SrAl2O4:Eu2+,Dy3+/Au@ZnO长余辉材料辅助的等离子体光催化剂:采用柠檬酸还原法制备好NanoAu溶液,结合溶胶凝胶法制备Au@ZnO等离子光催化剂,最后通过机械球磨法将Au@ZnO和SrAl2O4:Eu2+,Dy3+混合均匀,最后在氩气保护下400℃煅烧保持4h,形成蓄光光催化剂。通过应用XRD、FE-SEM、UV-visDRS、荧光光谱、XPS、光电流密度等表征方法研究了材料的结晶度、表面形貌、光吸收性能、荧光性能以及光电化学性能。实验结果表明:在600℃、2h条件下制备了纤锌矿型ZnO样品,随着纳米金的负载,由于纳米金等离子共振效应,Au@ZnO在可见光区有强烈的吸收带,在纳米金负载量达1wt%时,Au@ZnO漫反射光谱可见光吸收强度最大,光电流响应最高,Au@ZnO漫反射光谱与长余辉材料的发射光谱出现最大重叠。黑暗条件下单一的ZnO不能利用长余辉材料发出的余辉,在黑暗处没有活性,当长余辉材料与纳米金负载的ZnO复合时,光催化降解罗丹明B在光照和黑暗处都得到了提升,经过光照10min黑暗120min的交替降解实验,在黑暗处可降解RhB7%,主要降解活性离子由空穴,羟基自由基和超氧自由基同时起作用。
(1)SrAl2O4:Eu2+,Dy3+/Au@BiVO4长余辉材料辅助的等离子体光催化剂:采用柠檬酸还原法制备NanoAu溶液,结合溶胶凝胶法制备Au@BiVO4等离子光催化剂,再通过机械球磨法将Au@BiVO4和SrAl2O4:Eu2+,Dy3+混合均匀,最后在氩气保护下400℃煅烧保持4h,形成蓄光光催化剂。通过应用XRD、FE-SEM、UV-visDRS、荧光光谱、XPS、光电流密度等表征方法研究了材料的结晶度、表面形貌、光吸收性能、荧光性能以及光电化学性能。实验结果表明,500℃、4h下可以形成单斜相的BiVO4样品。纳米金负载的BiVO4样品可见光吸收强度随着金负载量的不同先增大后减小,光电流响应也先增大后减少,可见光照射1h可降解亚甲基蓝(MB)80%。蓄光光催化剂在光照10min黑暗90min条件下交替降解有机污染物MB,在可见光下和黑暗处对MB降解效率均有提高,在黑暗处可降解7%。研究表明长余辉蓄光材料SrAl2O4:Eu2+,Dy3+发出的光能被BiVO4吸收,纳米金的等离子共振效应提高了BiVO4对长余辉材料的响应范围,降解主要活性物质是羟基自由基和空穴。
(2)SrAl2O4:Eu2+,Dy3+/Au@SrTiO3长余辉材料辅助的等离子体光催化剂:采用溶剂热法制备得到立方相钙钛矿结构的SrTiO3样品,然后采用柠檬酸还原法合成Au@SrTiO3样品,最后通过机械球磨法将Au@SrTiO3和SrAl2O4:Eu2+,Dy3+混合均匀,最后在氩气保护下300℃煅烧保持4h,形成蓄光光催化剂。通过应用XRD、FE-SEM、UV-visDRS、荧光光谱、XPS、光电流密度等表征方法研究了材料的结晶度、表面形貌、光吸收性能、荧光性能以及光电化学性能。实验结果表明:随着纳米金的负载,由于纳米金等离子共振效应,Au@SrTiO3在可见光区有强烈的吸收带。在纳米金负载量达1.42wt%时,Au@SrTiO3漫反射光谱吸收强度最大并与SrAl2O4:Eu2+,Dy3+的发射峰出现最大重叠,光电流响应强度也达到最大。通过降解实验表明,黑暗条件下单一的SrTiO3不能利用长余辉发光材料发出的余辉,在黑暗处没有活性。长余辉材料与纳米金负载的SrTiO3复合时,不管在可见光下还是在黑暗条件下光催化降解RhB效率均提高,经过光照15min和黑暗120min的交替降解有机污染物实验,在黑暗处可降解6%RhB,其降解的主要的活性离子为空穴。
(3)SrAl2O4:Eu2+,Dy3+/Au@ZnO长余辉材料辅助的等离子体光催化剂:采用柠檬酸还原法制备好NanoAu溶液,结合溶胶凝胶法制备Au@ZnO等离子光催化剂,最后通过机械球磨法将Au@ZnO和SrAl2O4:Eu2+,Dy3+混合均匀,最后在氩气保护下400℃煅烧保持4h,形成蓄光光催化剂。通过应用XRD、FE-SEM、UV-visDRS、荧光光谱、XPS、光电流密度等表征方法研究了材料的结晶度、表面形貌、光吸收性能、荧光性能以及光电化学性能。实验结果表明:在600℃、2h条件下制备了纤锌矿型ZnO样品,随着纳米金的负载,由于纳米金等离子共振效应,Au@ZnO在可见光区有强烈的吸收带,在纳米金负载量达1wt%时,Au@ZnO漫反射光谱可见光吸收强度最大,光电流响应最高,Au@ZnO漫反射光谱与长余辉材料的发射光谱出现最大重叠。黑暗条件下单一的ZnO不能利用长余辉材料发出的余辉,在黑暗处没有活性,当长余辉材料与纳米金负载的ZnO复合时,光催化降解罗丹明B在光照和黑暗处都得到了提升,经过光照10min黑暗120min的交替降解实验,在黑暗处可降解RhB7%,主要降解活性离子由空穴,羟基自由基和超氧自由基同时起作用。