Ag基、Cu基等离子体增强的复合光催化剂制备及其性能研究.pdf

摘要

摘要

随着工业化及城镇化进程的加快，传统能源日近枯竭。环境污染的情况也越发严重，

迫切需要寻找一种绿色、高效可持续的方法进行环境修复。光催化技术是近年来迅速发

展起来的用于环境净化和能源转换的一项新技术。但是，传统半导体光催化剂的催化活

性受到光吸收能力、光生载流子分离速率的影响，难以实现工业化应用。近年来，等离

子体材料在增强光催化剂光吸收能力和光生载流子分离效率方面展现出了良好的应用

前景。基于此，探究制备等离子体增强的复合光催化材料具有较高的理论意义和实际应

用价值。具体研究内容如下：

1、通过等离子体修饰技术提高了窄带隙半导体苝四羧酸二（丙基咪唑）（禁带宽度

为1.93eV）的光催化效率。首先在Ar气氛下冷凝回流制备了苝四羧酸二（丙基咪唑）

（PDI）。然后采用原位化学还原方法在PDI表面生长等离子体CuO/Cu得到复合材料

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CuO/Cu/PDI-10（CCP-10）。降解实验结果表明，复合材料CCP-10在可见光下对盐酸

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四环素（TC）具有良好的降解性能，80min内TC去除率达93.5%。紫外可见漫反射光

谱（UV-visDRS）结果表明，CCP-10在可见光范围的光吸收能力显著增强。此外，根据

自由基猝灭实验、电子自旋共振测试（ESR）以及复合材料的能带结构分析，提出了以

Cu粒子作为电子转移媒介的Z型电荷转移机制。该Z型异质结不仅抑制了电荷载流子

复合而且使得电子和空穴保留在具有高氧化还原电位的能带上，从而显著提高了CCP-

10的降解能力。这项工作为提高单组分窄带隙半导体光催化剂的光催化效率提供了一

种有前景的方法。然而，对于宽带隙半导体，等离子体修饰技难以大幅提高复合材料的

光催化性能。

2、利用等离子体修饰和空位工程的协同作用提高了宽带隙半导体LaTiO（禁带宽

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度为3.79eV）在可见光下的光催化效率。首先，用热还原法制备了含氧空位的LaTiO

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（OV-LTO）。然后室温下在OV-LTO表面原位生长等离子体Ag/AgCl，成功制备了一

种新型AgCl/Ag/OV-LaTiO（AAOL）光催化剂。通过一系列表征手段证明了复合材料

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AAOL的成功制备。降解实验结果表明，AAOL复合材料对盐酸四环素（TC）具有良好

的可见光降解性能，60min内TC去除率达到96.8%。AAOL的降解动力学常数为OV-

LTO的3.96倍和Ag/AgCl的6.06倍。此外，还根据高效液相质谱联用仪（HPLC-MS）

测试结果提出了三种可能的TC降解路径。结合自由基猝灭实验和ESR测试，提出了以

-1+

•O2、O2和h为主要活性物种和以Ag粒子为电荷转移媒介的Z型电荷转移机理。得益

于空位工程和表面等离子体修饰的协同促进作用，复合材料AAOL的光吸收能力以及

光能利用率大幅提高。本工作为提高宽带隙氧化物半导体光催化剂的光催化效率提供了

一种有前景的方法。

3、在上一章研究的基础上，本章采用更简便的方法制备了一种新型的Z型

AgI/Ag/CV-CsNaBiCl（AACC）光催化剂。首先，采用研磨法制备了含氯空位的

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CsNaBiCl（CV-CNBC），随后室温下在CV-CNBC表面原位沉积等离子体Ag/AgI，得

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到AACC复合材料。通过一系列表征测试证明了AACC的成功制备。所制备的AACC