碳量子点/磷酸银复合材料可见光降解双酚A

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光催化技术是指在光催化剂作用下将有机污染物彻底分解为二氧化碳、水和无机水分子物质的一种“绿色”技术,在治理环境方面有着巨大的潜能。催化剂的研发是光催化技术的关键点。磷酸银(Ag3PO4)在有机废水处理方面以优异的可见光催化性能备受研究者的青睐。然而Ag3PO4化学性质不稳定,易发生光腐蚀现象,降低了其催化性能,因此限制了Ag3PO4在环境领域的应用。碳量子点(CQD)由于优异的向上转换荧光性质和良好的电子受体,可以提高Ag3PO4的光催化活性。本文首先通过对形貌的修饰方法对Ag3PO4进行了改性,提高了Ag3PO4在可见光下降解BPA的效率和重复使用率,并在此基础上采用CQD与Ag3PO4复合,优化CQD/Ag3PO4催化剂的制备条件,探讨了其光催化性能及可见光下光催化机理,得到结果如下所示:(1)采用共沉淀法成功制备出片状Ag3PO4,通过XRD、BET、SEM、TEM、XPS、UV-vis、PL等手段对催化剂的形貌结构进行表征,结果表明制备的片状Ag3PO4具有更高的光催化活性,相比于纯Ag3PO4,制备出的新型Ag3PO4材料具有110μm边长,50600 nm厚度的片状结构,具有较多的(111)晶面数量(111)/(110)之比从1.23提高到1.87,比表面积增大1倍,能有效的增强其对可见光的吸收,较低的电子-空穴的复合率。Ag3PO4-2(钼酸铵添加量2 g/L)具有最佳的光催化性能,20 min对BPA的降解率高达97%。纯Ag3PO4光催化反应过程中主要的活性物质h+,而片状Ag3PO4提高了活性物质·O2-的氧化能力。(2)用水热合成法成功制备了具有高荧光性能的CQD,探究了CQD在Ag3PO4光催化降解BPA过程中的作用。采用荧光光谱、紫外吸收光谱、Zeta电位和红外光谱等方法进行表征,结果表明,当反应的温度为180℃,保温时间为10 h,碳量子点在360 nm波长的激发下,其荧光性能最强。在此条件下制备出CQD/Ag3PO4光催化剂具有较优的光催化活性。进一步探讨了CQD掺和量对CQD/Ag3PO4光催化性能的影响,结果发现添加量为3 mL时,CQD/Ag3PO4复合催化剂的动力学常数达到最大为0.0769 min-1,是纯Ag3PO4的2.84倍。(3)对优化后的CQD/Ag3PO4催化剂运用XRD、SEM、XPS、UV-vis等手段进行表征,并在此基础上探讨了光催化反应机理。结果表明CQDs一定程度上改变了Ag3PO4的外部形貌,CQD/Ag3PO4复合催化剂表面出现短小突起,棱边和棱角变得较为圆滑。CQD/Ag3PO4的禁带宽度略大于Ag3PO4复合材料的禁带宽度,减缓了光生电子-空穴的复合,并且CQD还可以储存电子,可以有效的抑制Ag3PO4产生的电子空穴的复合,减缓Ag3PO4的光腐蚀现象。通过活性物种的抑制实验表明光催化降解BPA过程中的主要活性物种为h+和·O2-
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