静电纺丝法构筑一维复合型Ag/AgBr纳米纤维及其光催化应用

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光催化技术以太阳能为能源驱动氧化还原反应,是一种理想的环境污染治理技术和清洁能源生产技术,因而备受广大研究者们的青睐。光催化材料中以二氧化钛(TiO2)最具代表性,但是由于其低量子产率和低催化活性极大地限制了TiO2的应用。因此本论文以增强材料的光吸收性能以及提高电荷的分离与传输为目标,构建新型高效的光催化剂。一方面,Ag/AgBr体系中Ag纳米粒子具有等离子共振效应,且窄带系半导体AgBr也具有很强的可见光响应,因此是一种理想的可见光催化剂;另一方面,一维纳米材料具有优异的电荷分离传输性能、大比表面积以及良好的回收性,并且在合成一维材料的众多方法中,静电纺丝法最为简便。因此本文以静电纺丝技术和Ag/AgBr材料为基础,成功构建出具有高催化活性的一维复合纳米纤维,主要研究内容如下:(1)一维Ag/AgBr/PVP纳米纤维的制备、表征和应用:应用静电纺丝技术制备出一维Ag/AgBr/PVP纳米纤维,对复合材料的形貌、晶型和光学性能进行考察。结果表明,Ag/AgBr纳米颗粒均匀分布在一维PVP纳米纤维上,复合材料在可见光区域显示了很强的吸收。另外,将材料应用于染料亚甲基蓝(MB)和罗丹明B(Rh B)的吸附与光催化降解,实验结果显示,复合材料对MB有较强的吸附作用,并且在氙灯模拟可见光照射30 min后,Ag/AgBr/PVP纳米纤维对MB的光降解效率能达到84%。但是材料在碱性条件下不能稳定存在,因而需要进一步优化材料。(2)一维多孔Ag/AgBr/TiO2纳米纤维的制备、表征和应用:应用静电纺丝技术制备出一维Ag/AgBr/TiO2/PVP纳米纤维,在450℃条件下煅烧3 h以去除PVP并使TiO2完全转变为锐钛矿晶型。通过一系列手段对复合材料的形貌、晶体结构、光电性能进行了表征,表征结果表明,复合材料具有优异的光电性能。文章以MB为目标降解物考察复合材料的光催化活性,结果表明,复合催化剂对MB有很强的吸附作用,在可见光下照射20 min即可达到近100%的去除率,并且总有机碳(TOC)的去除率高达84.6%。另外,还考查了复合材料的重复利用性,在三个循环后,一维Ag/AgBr/TiO2/PVP仍然保持高催化活性。因而,Ag/AgBr与TiO2纤维的结合大大提高了催化剂的稳定性。
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