离子液体中FeWO4基复合材料的制备及其增强光催化性能研究

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近年来,世界各地水生态破坏与水体污染日益加剧,合理、高效地治理水体污染,维持水体生态的平衡已经迫在眉睫。光催化作为水污染降解的方法之一,由于其无污染、无残留的特性,自从被发现以来,一直是研究人员研究的热点。传统的光催化半导体材料(以TiO2为代表)由于禁带宽度较大,只能被紫外光激发(只占太阳光的4%)而且量子效率不高。而近些年兴起的纳米异质结型光催化半导体,不但拥有纳米材料活性高、尺寸小、比表面积大的优点,又结合半导体异质结构量子效率高、吸收光谱范围宽等优点,成为重点研究的光催化材料改性方法。此外,钨酸盐材料由于其独特的结构和特性,在光催化领域也占据着一席之地。本文围绕FeWO4材料开展研究工作,合成了新型的FeWO4材料、FeWO4/Ag3PO4复合材料、FeWO4/Ag3VO4复合材料。并通过调节FeWO4在复合材料中的含量,探讨不同比例的FeWO4/Ag3PO4和FeWO4/Ag3VO4复合材料对罗丹明B的降解活性,试图找出最佳比例的复合材料,推测其光催化机理。(1)运用金属基离子液体的溶剂、模板剂和分散剂的特性,采用水热法合成FeWO4微球。通过X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、能量色散X射线光谱(EDS)、紫外可见漫反射光谱(DRS)、光电流等分析手段对其形貌、结构、元素组成、量子转移效率进行表征。在一定量的H2O2的辅助下,以罗丹明B(RhB)为目标污染物来考察催化材料的光催化活性。在加入H2O2时,当光催化反应进行5min时FeWO4微球对RhB的光催化降解活性达到70%以上。在光催化反应进行20 min后,RhB几乎被彻底降解。对光催化反应后的FeWO4微球进行XRD表征。与新合成的FeWO4微球对比发现,光催化反应前后的FeWO4微球的衍射峰没有任何变化。这说明在光反应过程中,FeWO4是以催化剂的形式参与反应,反应前后FeWO4的晶体结构并没有发生改变。(2)通过常温共沉淀法制备不同比例的FeWO4/Ag3PO4复合材料,并运用XRD、XPS、DRS、SEM、PL、光电流等方法对复合材料进行表征分析。从XRD、XPS图中可以看出,复合材料中含有FeWO4和Ag3PO4,且没有Ag单质出现,该结果表明所设计的合成方法可成功制备FeWO4/Ag3PO4复合材料。从SEM图可以看出,FeWO4微球与Ag3PO4紧密结合,可形成异质结增强材料的活性。从光电流、PL图可以看出,FeWO4微球与Ag3PO4复合后,该材料光生电子和空穴的得到有效的分离。以罗丹明B为目标污染物,通过光催化实验比较不同材料的性能,结果表明FeWO4微球的引入有利于提升Ag3PO4的光催化降解效率。当FeWO4的复合比例为3 wt%时,FeWO4/Ag3PO4复合材料表现出最佳降解活性。(3)通过常温共沉淀的方法,以水为溶剂合成不同比例的FeWO4/Ag3VO4复合材料。对复合材料进行XRD、SEM、XPS、DRS、PL、光电流等测试,研究复合材料的形貌结构等特征。从SEM图可以看出Ag3VO4纳米小颗粒附着在FeWO4微球上形成一个更大的微球。从XRD和XPS图中可以看出,合成的材料为FeWO4和Ag3VO4的复合材料,材料中并没有Ag单质的存在。由PL和光电流可以看出,相较于主体Ag3VO4,复合材料的光生电子和空穴的分离率得到提高。以罗丹明B为目标污染物,通过光催化实验比较不同材料的性能。由于FeWO4和Ag3VO4之间的相互作用,FeWO4/Ag3VO4复合材料表现出较好的光催化活性。
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