Ag+/Ag-TiO2纳米空心球制备及其可见光催化性能
摘要在TiO2/聚苯乙烯复合材料表面沉积硫化银,空气中煅烧制备了Ag+/Ag修饰的二氧化钛纳米空心球(Ag+/Ag-TiO2纳米空心球,即Ag+/Ag-HTS)。结果表明,所制备的Ag+/Ag-HTS具有可见光催化降解甲基橙的活性,随着甲基橙的初始浓度降低其催化降解效率提高。肖特基势垒的形成有助于更多的空穴转移到材料的表面,增强其光催化效率;表面的Ag+有助于电子的清除,防止光激电子与光激空穴复合。随着硫化银沉积数量的提高,Ag+/Ag-HTS的可见光催化活性提高,其光催化降解甲基橙的反应具有假一级反应的动力学特征。使用25%Ag+/Ag-HTS光催化剂,在可见光下照射2h甲基橙降解率高达70.6%。研究内容掺杂是增强二氧化钛可见光活性最常用的方法之一,金属掺杂是一种重要的掺杂类型。Ag掺杂可有效地增强光催化活性。Ag的表面修饰可看作是一种掺杂,其基本原理是基于肖特基势垒(Schottkybarrier)的形成。Ag与TiO2功函数(分别为4.6eV、4.2eV)的差异使电子由TiO2向Ag转移,在TiO2表面形成光激空穴,可有效分离电子-空穴。但是,随着Ag沉积量的增大,其所携带的光激电子得不到及时清除,反而增加光激电子与光激空穴的接触机会,使光催化活性下降;因此,及时清除光激电子是一个关键问题。利用Ag+和Ag共同对表面进行修饰,增强其对光激电子的清除以削除上述Ag沉积量加大带来的负面影响,在理论上是可行的。本文通过表面沉积Ag2S、煅烧转化制备Ag+/Ag-TiO2纳米空心球,并评价其可见光催化性能。结论用Ag+/Ag对HTS表面进行修饰,可制备出Ag+/Ag-HTS可见光催化剂。不同硫化银沉积量的样品,其可见光催化降解MO能力大小的排序为:10%<15%<20%<25%,随着硫化银沉积量的增大光催化活性递增。Ag+和Ag对表面的共同修饰有助于Ag表面由HTS转移过来的电子的清除。但是硫化银沉积量高于15%才能使Ag+/Ag-HTS具有高于纯HTS催化活性。随着被降解物MO初始浓度的加大,与HTS催化剂相比,Ag+/Ag-HTS可见光催化活性迅速衰减。利用肖特基势垒的产生,采用共修饰清除携带的电子,是增强光激电子和光激空穴分离、提高光催化活性的有效方法。空心结构的“笼效应”有利于提高催化效能。
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