AgOTiO纳米异质结构增强型紫外可见光光催化活性.docVIP

提高紫外-可见光的光催化活性的Ag2O/TiO2纳米异质结构 摘要: 以经过表面改性后的TiO2纳米带作为基质材料，通过简单实用的共沉淀法，合成了在紫外和可见光区具有高光催化活性的Ag2O/TiO2异质结构。所制备的异质结构复合材料包括在TiO2粗糙纳米带表面均匀地组装Ag2O纳米粒子。这种复合光催化剂TiO2和Ag2O之间有广泛的重量比，在紫外光和可见光的照射下，分解甲基橙溶液时，表现出更强的光催化活性。根据X-射线衍射图谱、荧光光谱、漫反射紫外可见光谱的特征描绘，提出了两种机理来解释Ag2O/TiO2纳米带异质结构的光催化活性。 关键词：二氧化钛纳米带、氧化银/二氧化钛异质结构、光催化活性、电子捕获剂、可见光催化作用 简介： 二氧化钛作为半导体光催化剂，自1972年Fujishima and Honda在二氧化钛电极上发现能光催化裂解水以来，被广泛的研究。近年来，二氧化钛光催化剂的应用主要集中在分解受污染水体和气体中的有毒有害有机污染物上，这在环境保护方面是相当重要的。虽然取得了显著地发展，但光生电子和光生电子空穴对的高重组率限制了其在工业上的进一步应用。二氧化钛在紫外光照射下，最高价能带的电子将跃迁至导带并且生成导带电子和价带空穴。多数情况下，我们知道的重组过程仅仅是导带空穴和导带电子重组并放出光和热量。重组的原因是低量子产率，俘获光电子一直被看做是半导体催化剂减少电荷重组的有效机理。很多研究表明，过渡金属及其氧化物的精细颗粒分散在光催化剂基质的表面，可以作为光催化剂上的电子陷阱来提高其光催化活性。在理想系统中，量子产率与电子转移率成正比，与电子转移总率和电子空穴重组率成反比。在电极上涂布带正电和的二氧化钛纳米粒子，可抑制电子空穴重组率，原因是该电极可充当光生电子的电子库。虽然这种应用已经取得了一定程度上的成功，但是真正的潜在过程由于阻力路线相对较长，反应的表面积低，还没有完全实现。二氧化钛在实际应用中的另一个主要缺点是缺乏在可见光辐射下的利用，因为二氧化钛有很宽的带隙（锐钛矿型是3.2电子伏，金红石型是3.0电子伏）。为解决这一问题，最近许多研究人员都在进行提高二氧化钛光催化活性和可见光利用率的研究，如掺杂、金属化、敏化。此外，光催化剂的回收利用也是亟待解决的问题。光催化反应过后，二氧化钛粒子（如P-25）由于其纳米尺寸大小，从大量水中的去除是个问题。所以，开发具有易分离特性的二氧化钛光催化剂，用于在紫外光（290-400纳米）和可见光（400-700纳米）辐射条件下下以提高光催化活性，具有很大的意义。 这里，我们发现一种新型的氧化银/二氧化钛纳米带，可以有效的抑制在紫外光照射下电子空穴重组比率。同时，氧化银/二氧化钛异质结构还具有明显的光催化活性。在二氧化钛光催化剂上负载贵重金属离子如铂、金、钯，可以提高光催化活性。尤其是，纳米银粒子沉积在二氧化钛光催化剂上，通过萧特基势垒/二氧化钛协同光催化系统中，在紫外光照射下可作为有效的电子吸收剂，在可见光照射下作为有效的感光剂。氧化银纳米粒子通过共沉淀法负载在二氧化钛纳米带的表面，形成氧化银/二氧化钛异质结构。这里，二氧化钛纳米带是作为测试材料，因为一维纳米结构较纳米粒子有优势，如提高可见光散射和吸收、提高电子沿运动方向的无阻力扩散速率、低的晶界数量等。Ag2O/TiO2纳米带光催化活性的研究是通过在紫外-可见光照射下分解甲基橙来实验完成的，我们从下图中讨论Ag2O/TiO2纳米带在紫外光和可见光照射下两种不同的光催化机理。 实验部分： 材料： 二氧化钛 （80%锐钛型，20%金红红石型）、氢氧化钠、盐酸、硫酸、硝酸银购自中国医药公司。所有化学药品符合标准，没有进一步净化。本研究中所用水为去离子水。 二氧化钛纳米带的准备： 热液酌法（水热法）在浓氢氧化钠水溶液中合成二氧化钛纳米带，前体用商用二氧化钛（P-25)。应为：二氧化钛纳米带以P25作前体，通过浓氢氧化钠水热法合成。典型的合成过程如下：0.1克P-25与20毫升10摩尔/升的氢氧化钠水溶液混合，180摄氏度下在25毫升特氟龙反应釜中水热处理72小时。经过处理的粉末用去离子水冲洗，过滤干燥，获得钛酸钠纳米带。将其浸入0.1摩尔/升的盐酸溶液中24小时，然后用去离子水彻底冲洗得到氢钛酸纳米带。将氢钛酸纳米带加入25毫升的特氟龙反应釜中，用0.02摩尔/升的硫酸溶液加至满体积的80%，100摄氏度下加热12小时。最后通过离心和去离子水的反复冲洗从溶液中分离出的产物，在70摄氏度下干燥10小时，然后在600摄氏度下对经酸腐蚀的钛酸（纳米带）热处理1小时，获得具有粗糙表面的锐钛矿型二氧化钛纳米带。 Ag2O/TiO2纳米异质结构带： 通过沉淀法得到的Ag2O/TiO2异质结构，重量比从10:1到1：10不等，重量比