Ag3PO4/Bi2WO6复合催化剂的合成、表征及其光催化性能研究

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随着我国经济和科技的快速发展,日益先进的现代工业在不断丰富物质生活的同时,也带来了严重的环境污染和能源危机,如日益严重的水体污染和到处可见的雾霾已对我们的健康生活造成了严重的威胁。半导体光催化技术,作为一种新兴技术,在解决能源和环境问题方面具有巨大的潜力。目前,对紫外光响应的半导体光催化研究较多,并且已经取得了很大的进展。然而,紫外光仅占太阳光的4%左右,较低的太阳光利用率极大地抑制了其在环境修复和能源中的应用。因此,开发新型可见光响应的半导体光催化剂得到了广泛的关注。  本文主要探究了由两种新型半导体光催化剂Bi2WO6和Ag3PO4制备的复合催化剂对甲基橙和罗丹明B的光催化降解,以及对苯甲醇在水相和乙腈相中的光催化选择性氧化的光催化性能。实验探究了复合催化剂中Ag3PO4的最佳负载量及其催化性能,并利用多种表征手段和测试,对合成的样品进行了晶型、形貌以及催化活性分析,如XRD、SEM、EDX、PL、UV-vis DRS和可见光实验测试。相比于单一的Bi2WO6,复合催化剂的光催化活性显著增强,同时,结果证实在与Bi2WO6耦合后Ag3PO4在可见光下对甲基橙降解的稳定性得到了提高。而且,催化剂中Ag的百分含量减少了,从而有效降低了基于Ag3PO4光催化剂的昂贵成本。  1、以制备的3D多层级的Bi2WO6为基,采用简易温和的一步法,在其上面原位生成Ag3PO4,分别制备了Cubic Ag3PO4/Bi2WO6和Spherical Ag3PO4/Bi2WO6复合光催化剂。实验表明Ag3PO4的最佳负载量为:Ag3PO4与Bi2WO6的质量比为58:42。在这种负载量下,所获得的复合催化剂对甲基橙的降解活性最好,并与XRD和PL的表征结果相符。  2、分别以甲基橙和罗丹明B的光催化降解为探针反应,对Cubic Ag3PO4/Bi2WO6、Spherical Ag3PO4/Bi2WO6、Bi2WO6和Cubic Ag3PO4进行了光催化活性实验。结果表明:Cubic Ag3PO4/Bi2WO6和Spherical Ag3PO4/Bi2WO6复合光催化剂在光催化降解甲基橙和罗丹B的反应中都展现出了较好的光催化活性。在照射时间为2.5h时,Cubic Ag3PO4/Bi2WO6-58wt%对甲基橙的光催化降解活性最好,Cubic Ag3PO4、Cubic Ag3PO4/Bi2WO6-58wt%和Bi2WO6对甲基橙的光催化降解率分别为76.51%、85.50%和58.01%;Cubic Ag3PO4、Cubic Ag3PO4/Bi2WO6-58wt%、Spherical Ag3PO4/Bi2WO6-58wt%和Bi2WO6对罗丹明B的光催化降解率分别为91.04%、85.14%、69.74%、48.67%。另外,在循环实验中,Cubic Ag3PO4/Bi2WO6-58wt%比Cubic Ag3PO4保持着更高的催化活性和更好的稳定性,五次循环实验后降解率下降了10.41%。  3、探究了Ag3PO4/Bi2WO6复合光催化剂对苯甲醇分散于水相和乙腈相中的光催化选择性氧化的活性。结果表明:与本文中其它复合型光催化剂相比,Cubic Ag3PO4/Bi2WO6-58wt%复合催化剂的活性最好,对苯甲醇的光催化选择性氧化展示出了一定的活性。在光照射时间为5h时,对于Cubic Ag3PO4/Bi2WO6-58wt%,苯甲醇在水相中的转化率为26.14%,生成苯甲醛的选择性为13.50%;苯甲醇在乙腈相中的转化率为61.38%,生成苯甲醛的选择性为33.01%。而对于Bi2WO6,苯甲醇在水相中的转化率仅为4.09%,生成苯甲醛的选择性为4.84%;苯甲醇在乙腈相中的转化率为5.09%,生成苯甲醛的选择性为7.16%。
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