溶胶-凝胶法合成大孔Ag10Si4O13及可见光光催化性能研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wang1hnsc
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半导体光催化技术是解决环境污染问题的最有效途径之一。研发新型、高效、可见光响应的光催化材料,提高太阳光利用率是光催化领域亟需解决的关键问题。窄带隙半导体Ag10Si4O13晶体内部中存在自发极化内建电场可以有效促进光生载流子分离,具有优异的可见光吸收能力和较快的电荷迁移能力是一种极具应用潜力的光催化材料。本文采用溶胶-凝胶法结合热处理法制备了纳米Ag10Si4O13光催化材料,并在此基础上以聚苯乙烯球(PS)为模板剂,制备出大孔Ag10Si4O13光催化材料。通过X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射(UV-Vis)、荧光光谱(PL)对其进行表征分析;在可见光条件下,以亚甲基蓝(MB)为目标降解物研究了溶液初始pH值对纳米Ag10Si4O13的吸附性能、光催化性能的影响以及中性条件下对MB的降解机理;探究了不同PS添加量对大孔Ag10Si4O13材料的光生载流子寿命、吸附性能、光催化效率的影响;研究了大孔Ag10Si4O13(5wt%PS)催化剂加入量对光催化性能影响;评价了两种光催化材料的循环稳定性。得出以下结论:1.采用溶胶-凝胶工艺制备的Ag10Si4O13粒径小、纯度高,能带间隙仅有1.89eV,可将光响应范围拓展至650nm,并且能够有效抑制制光生电子-空穴对复合,延长光生载流子寿命;2.引入PS后制备的大孔Ag10Si4O13材料内部存在大量无规则状排列的孔径,孔径尺寸在188~200nm之间,且PS热处理后留下的少量碳残余,进入Ag10Si4O13晶体内部形成掺杂,从而使催化剂的吸收带边红移;3.Ag10Si4O13与大孔Ag10Si4O13材料在可见光条件下均显示了优异的光催化性能,在pH=7时,Ag10Si4O13与Ag10Si4O13(5wt%PS)表现出最高的光催化活性,1g/L的Ag10Si4O13和Ag10Si4O13(5wt%PS)分别在45min和30min对MB的降解率达到94.35%和98.98%;4.Ag10Si4O13和Ag10Si4O13(5wt%PS)光催化反应过程符合一级动力学模型。经过4次循环后,仍表现出良好的稳定性。
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