负载型Ag-AgCl复合纳米粒子转化制备及光催化性能

来源 :陕西师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:davidcao2008
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Ag-AgCl复合纳米材料作为一种表面等离子体光催化剂,不仅结合了贵金属Ag的表面等离子体共振效应和半导体AgCl优异的光催化特性,而且具有结构稳定、对可见光具有很好的响应等优点。在实际应用中,无负载型的Ag-AgCl复合纳米材料易于团聚使其比表面降低,在很大程度上降低了其催化活性,同时也不利于催化剂的重复使用和分离。为有效避免这些不足,研究者们通常将Ag-AgCl纳米粒子负载于不同组成的载体表面(例如无机氧化物TiO2、SiO2、Al2O3、ZnO和WO3等、石墨烯、碳纳米管和高分子等),载体与Ag-AgCl纳米粒子之间的相互作用不仅可以有效改善催化剂的分散稳定性,极大地增大纳米催化剂的比表面,同时,载体也可以起到富集反应底物的作用,从而显著提高Ag-AgCl复合纳米催化剂的光催化活性。基于以上研究背景和本课题组已有的研究工作基础,本学位论文以壳层具有pH敏感性能的核-壳型聚多巴胺/聚丙烯酸(PDA/PAA)复合微球为载体,原位控制性还原银氨溶液,得到负载纳米银的PDA/PAA-Ag复合材料;通过选择不同氯源(FeCl3和CCl4)将纳米银转化制备得到Ag-AgCl纳米复合等离子体光催化剂。核芯组分PDA既是载体,同时又可作为还原剂;壳层PAA含有的羧基与纳米银粒子间的键合作用以及壳层网链的限域作用,可以有效调控负载其中的纳米复合粒子的粒径和分散稳定性。通过简单改变氯源用量,可以实现对Ag-AgCl复合纳米粒子相对含量和复合结构的调控,改变外界环境pH条件可以实现对Ag-AgCl复合纳米粒子光学性质和催化性能的有效调控。本研究所合成的具有pH敏感性能的PDA/PAA-Ag-AgCl复合纳米材料将在催化、传感和生物检测等领域具有重要的研究价值。本论文主要开展了以下两方面的研究工作:(1)以两步聚合法合成的粒径均一的聚多巴胺/聚丙烯酸(PDA/PAA)核-壳型复合微球为载体,通过改变壳层丙烯酸单体的用量和银氨溶液浓度,控制性还原得到纳米银粒径和分散性不同的PDA/PAA-Ag复合材料。研究结果表明:壳层丙烯酸单体用量的增加,明显增大了 PDA/PAA复合微球的壳层厚度;在相同银氨溶液浓度时,随壳层厚度增加,负载于微球壳层网链结构中纳米银的粒径均一性更好。在固定PAA壳层厚度的条件下,当银氨溶液浓度较低时,PDA还原纳米银速率较快,同时形成的纳米银粒子数较少,更易于形成单分散性良好的纳米银粒子;银氨溶液浓度较高时,PDA/PAA载体表面的纳米银粒子数增多,但聚集现象明显,导致纳米银在载体表面的分散性变差。通过对PDA/PAA-Ag复合材料在不同pH条件时表面等离子吸收的研究,结果发现,中性条件时,PDA/PAA-Ag复合材料的最大吸收峰为482nm;强酸性条件下(pH=2),由于壳层PAA处于完全收缩状态,所以负载在其网络结构中的纳米银的最大吸收峰红移至497 nm。与中性条件相比,PAA壳层在强碱性条件时(pH=10)呈现完全溶胀状态,此时PDA/PAA-Ag复合材料的最大吸收峰蓝移至479 nm。(2)以单分散性良好的PDA/PAA-Ag复合材料作为银源,通过改变不同氯源(FeCl3和CCl4)的用量,控制性转化制备Ag和AgCl相对含量不同的负载型Ag-AgCl纳米复合等离子体光催化剂。研究结果表明,利用不同氯源、不同溶剂可以得到复合结构不同的Ag-AgCl复合纳米粒子。选用光催化降解亚甲基蓝(MB)为模型反应,较为系统地探讨了 PDA/PAA-Ag-AgCl复合光催化剂的相对含量、结构和pH对催化性能的调控作用。研究发现,复合材料催化剂中AgCl的相对含量越高,光催化MB的催化降解效率越高。碱性条件时,载体壳层PAA的高分子链处于充分溶胀状态,有利于亲水性反应底物MB在载体网状结构中的扩散传质,PDA表面能够吸附更多的反应底物,从而显著增强了 Ag-AgCl复合光催化剂催化降解MB的催化活性。
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