Z机制WO3(H2O)0.333/Ag3PO4复合材料的制备及其增强光催化活性和稳定性

• Published in: 催化学报 2019, Vol.40 (3), p.326-334
• Main Authors: 李真, 王侠, 张金锋, 梁长浩, 芦露华, 代凯
• Format: Article
• Language: Chinese
• ISSN: 0253-9837
• DOI: 10.1016/S1872-2067(18)63165-1

Ag3PO4由于具有独特的活性而被广泛应用于光催化领域. 然而, 由于其光生电子和空穴的快速复合, Ag3PO4的光催化性能在几个循环之后显著下降, 光腐蚀限制了它的实际应用. 因此, 亟需设计一种新型的复合光催化剂来抑制电子空穴对的快速复合. 而Z型复合光催化剂可综合不同光催化剂的优点, 克服单一光催化剂的缺点. Z方案体系使用两个窄带隙的催化剂取代宽带隙的光催化剂, 从而可以捕获更多的光子. 并且光催化剂的氧化还原反应分开进行, 可以有效地防止电子和空穴的复合, 从而大大提高复合光催化剂的性能.本文通过微波水热法和简单搅拌法成功地制备了Z机制WO3(H2O)0.333/Ag3PO4复合材料. 采用X射线衍射、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、N2吸附-解吸等温线、比表面积测定、紫外-可见光谱和光电流曲线等方法对WO3(H2O)0.333/Ag3PO4复合材料进行了表征. 通过这些表征, 我们确定了所研究的光催化剂物相高度匹配; 确定了光催化剂的形貌: 确定了复合光催化剂是复合物, 而不是简单的混合物; 确定了光催化剂中光生电子和空穴的结合、分离效率; 研究了光催化剂的吸收边以及带隙. 光催化降解测试发现, WO3(H2O)0.333/Ag3PO4复合材料在可见光下表现出优异的催化性能, 这主要归因于WO3(H2O)0.333/Ag3PO4的协同作用. 其中15%WO3(H2O)0.333/Ag3PO4的光催化活性最高, 在4 min内几乎将30 mL 20 mol/L的次甲基蓝完全降解. 并且, 复合材料的稳定性也得到很大提升. 经过5次循环反应后, 15%WO3(H2O)0.333/Ag3PO4的降解效率仍可以维持在88.2%. 相比之下, 纯Ag3PO4的降解效率仅为20.2%. 这表明添加WO3(H2O)0.333可以显著提高Ag3PO4的耐光腐蚀性.最后, 我们详细研究了Z-机制机理. 在可见光照射下, Ag3PO4和WO3(H2O)0.333的表面产生电子-空穴对. WO3(H2O)0.333的光生电子首先转移到其导带, 然后迁移到Ag3PO4的价带中与空穴结合. 因此, Ag3PO4的光生电子和空穴被有效分离, 光生电子连续转移到Ag3PO4的导带界面. 这样, Ag3PO4的导带界面上积累了大量的电子, 并且在WO3(H2O)0.333的价带界面中积累了大量的空穴. 在空穴的作用下, –OH与h