金属改性钼酸镉光催化剂的合成及其性能研究

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钼酸镉是一种化学稳定性良好的发光基质材料,研究表明其可用被紫外光驱动来光催化降解有机污染物。目前,研究者们己采用多种方法成功制备了钼酸镉,并研究了一些提高其光催化反应活性的途径,然而研究大多集中在改善其制备方法及形貌方面,使用其他改性方法来提高其光催化活性的的研究还较少,因此通过改性使钼酸镉具有更好的光催化活性具有研究意义。本文分别采用水热法和硼氢化钠还原法成功合成了第三主族金属元素(Al,Ga和In)和贵金属元素(Ag和Au)改性的钼酸镉光催化剂,运用x射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、拉曼光谱(Raman)和红外光谱(FT-IR)等测试手段对催化剂的组成和结构进行了表征。采用紫外—可见漫反射光谱(UV-vis DRS)和X射线光电子能谱(XPS)等技术对催化剂的光响应和表面状态进行了研究,以液相光催化降解有机物罗丹明B (RhB)作为反应模型,考察了改性后样品的紫外光光催化性能,以选择性氧化苯甲醇考察样品沉积贵金属后可见光下的光催化活性。并对其光催化反应机理进行研究。结果表明:1、第三主族金属元素成功被引入到了钼酸镉中,均呈+3价,Al3+、Ga3+被成功引入钼酸镉晶体的晶格间隙中,而In3+由于原子半径较大,只有一部分引入到钼酸镉晶格间隙,另一部分存在于表面。引入到晶格间隙的金属离子使钼酸镉发生晶格畸变,进而大大提高钼酸镉的光催化活性,而存在于表面的In3+成为光生载流子的复合中心使钼酸镉活性降低。第三主族金属元素(Al、Ga和In)改性后的钼酸镉降解罗丹明B的机理未发生变化,但起作用的活性自由基的作用比例有所变化。2、硼氢化钠法还原的贵金属粒子以零价态的形式存在于钼酸镉晶体表面。贵金属沉积在钼酸镉催化剂表面后,由于其导电子能力,使钼酸镉在紫外光下的光催化活性大大提高,但随着贵金属沉积量的增加,反而成为成为电子和空穴的复合中心,使钼酸镉活性有所下降。由于贵金属的局部表面等离子体效应使得催化剂沉积贵金属后在可见光下有响应,能够将苯甲醇选择性氧化为苯甲醛,且选择性为100%。对比沉积贵金属前后的催化剂的反应机理发现,沉积贵金属后在紫外光下光催化降解罗丹明B的光催化机理并没有改变,但其作用的活性自由基的作用比例有所变化。
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