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2 h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(Schottky barrier)的形成。Ag与TiO2功函数(分别为4.6 eV、4.2 eV)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。