构筑高效可见光驱动AgCl:Ag表面等离子型异质结光催化剂

论文摘要

近年来,半导体光催化技术因具有节能高效、无二次污染的优点引起人们的关注。传统光催化剂由于可见光利用率低,稳定性差,限制了光催化技术在实际中的应用。因此,可见光响应的半导体光催化剂引起了人们极大的研究兴趣。其中,具有贵金属-半导体异质结结构的光催化剂由于结合了贵金属在可见光区的表面等离子体共振效应、金属-半导体异质结结构以及半导体的光催化特性等优点,表现出优异的光催化性能。本文通过微乳液法和均相沉淀法首先液相合成光催化剂的前驱体,然后通过NaBH4还原和可见光还原技术制备了三种表面等离子型异质结光催化剂AgCl:Ag,并对其光催化性能进行了考察与比较。首先通过微乳液法合成AgCl纳米立方体,然后通过NaBH4还原法和可见光还原法分别制备了等离子异质结光催化剂AgCl:Ag-1及AgCl:Ag-2。利用XRD、SEM、EDS及UV-vis分别对催化剂的物相、形貌、组成及光吸收性能进行了表征,通过降解甲基橙溶液考察光催化剂的效率和稳定性。结果表明两种催化剂的尺寸都在70 nm之内,在可见光区均有较强的吸收,在可见光驱动下能够有效降解甲基橙并表现出较高的催化活性和稳定性。经比较发现可见光还原法制备的AgCl:Ag-2的催化性能优于NaBH4还原法制备的,这主要是因为可见光还原过程缓慢,生成的Ag成核均匀并且产物粒子无还原剂的污染。其次,通过均相沉淀法和可见光还原法制备了另一种形貌的等离子型纳米光催化剂AgCl:Ag。通过SEM、EDS、UV-vis分别对催化剂的形貌尺寸、组成及光吸收性能进行了表征。光催化剂AgCl:Ag能够在20秒内将甲基橙分子迅速完全的降解,平均降解速率为2.5×10-3mgs-1;除此之外,催化剂AgCl:Ag在可见光下有着很高的稳定性,循环使用次数达到50次。另外,光催化剂AgCl:Ag还可有效降解亚甲基蓝、结晶紫、甲基红、罗丹明B、孔雀石绿等代表性的染料分子,表明合成的催化剂具有广泛的适用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 光催化技术概述
• 1.2.1 光催化机理
• 1.2.2 纳米光催化剂的合成方法
• 1.2.3 光催化技术的应用
• 1.3 可见光催化剂的研究现状
• 1.3.1 元素掺杂
• 1.3.2 半导体复合
• 1.3.3 表面光敏化
• 1.3.4 贵金属沉积
• 1.4 基于表面等离子异质结光催化剂的概述
• 1.4.1 表面等离子型异质结光催化剂的催化机理
• 1.4.2 表面等离子型异质结光催化剂的研究进展
• 1.5 本论文的选题意义及内容
• 1.5.1 选题意义
• 1.5.2 研究内容
• 第二章 微乳液法制备AgCl:Ag纳米异质结及光催化性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原料及仪器
• 2.2.2 AgCl:Ag表面等离子型纳米异质结光催化剂的制备
• 2.2.3 光催化剂的表征
• 2.2.4 光催化实验
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 NaBH4 还原法制备的AgCl:Ag-1 光催化剂的性能研究
• 2.3.2 可见光还原法制备的AgCl:Ag-2 光催化剂的性能研究
• 2.3.3 两种还原方法的比较
• 2.3.4 光催化反应机理探讨
• 2.4 本章小结
• 第三章 均相沉淀法制备AgCl:Ag纳米异质结及其催化性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料及仪器
• 3.2.2 AgCl:Ag表面等离子型纳米光催化剂的制备
• 3.2.3 光催化剂的表征
• 3.2.4 光催化实验
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 SEM分析
• 3.3.2 催化剂的光吸收及其性能
• 3.3.3 催化剂的稳定性能
• 3.3.4 催化剂催化机理
• 3.4 本章小结
• 第四章 AgCl:Ag异质结表面等离子型纳米光催化剂的普适性
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验药品及仪器
• 4.2.2 光催化实验
• 4.3 结论与总结
• 4.3.1 亚甲基蓝
• 4.3.2 结晶紫
• 4.3.3 甲基红
• 4.3.4 罗丹明B
• 4.3.5 孔雀石绿
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢