AgIAgBrSiO2异质结纳米复合材料的制备及其光催化降解研究

1、.AgI-AgBr/SiO2异质结纳米复合材料的制备及其光催化降解研究随着经济水平的不断发展，人们生活质量的不断提高，人们的健康意识也不断加深，追求健康的生存环境已经成为人们目标。然而目前在治理水体中难以降解的有机污染物时通常采用的大部分光催化剂只有在紫外光下才具有催化活性，不能够有效利用自然界的大部分可见光，因此利用半导体技术制备具有可见光催化活性的光催化剂成为了目前研究的热点，本研究主要目的是研究一种利用可见光对水体中有机污染物进行降解的半导体光催化剂。本研究以有序介孔SiO2为载体，首先用沉积-沉淀法制备AgBr/SiO2复合材料，利用AgI的溶度积比AgBr的小，采用简单的离子交换手段

2、，用I-取代AgBr中的部分Br-即可在AgBr的表面生成AgI，构建AgI/AgBr异质结，制备AgI-AgBr/SiO2异质结构纳米复合材料，这样就将介孔SiO2与AgX有效的结合起来，形成了具有高比表面积及特殊性能的纳米复合颗粒。Ag本身具有的光敏性能在与介孔二氧化硅复合后将得到进一步的继承甚至加强，这种具有新颖结构的无机复合材料在催化、吸附分离、光电、生物等领域具有更加广泛的应用。国内外研究现状：有序介孔二氧化硅材料具有以下主要特征：(1)大的比表面积和孔道容量；(2)材料颗粒外形规则，且具有可控性；(3)孔道结构规则并且保持高度的有序性；(4)孔径均匀分布窄，并在一定纳米范围内(2n

3、m10nm)连续可调；(5)具有很好的水热稳定性1,2。这些特性使其在催化、吸附脱附方面有很重要的应用，并且近几年逐渐发展成为一种良好的载体材料。由于氧化硅材料具有无毒、原材料丰富、生物兼容性好并且制备技术成熟等优点使其成为目前研究开发的热点3。各种新型的二氧化硅复合材料也不断的被研究出来，并且应用于各个领域。AgX由于其独特的光敏性，目前已越来越多的被应用到光催化剂制备领域，通常通过沉积-沉淀法负载到各种载体上，形成各种复合型光催化剂。如Jing Cao等制备的AgBr/WO3在可见光区域表现出良好的光吸收并可以释放出大量电子4；Mudar Abou Asi 等制备的AgBr/TiO导带中的

4、电子表现出良好的分散性，在可见光下对有机物进行有效降解并表现出良好的稳定性5；Jing Cao等制备的AgBr/H2WO4在可见光下的光催化活性明显高于单体6；而王玉霞等制备的纳米AgI-多孔SiO2复合材料7就是以二氧化硅为载体负载AgX，在发挥AgX良好光催化性能的同时也使其具有了较好的光稳定性。本研究也是建立在此基础之上，但充分考虑了二氧化硅本身的半导体特性，结合物理上的异质结概念，为进一步提高AgX的光催化效率和光稳定性，制备新型异质结构的复合纳米材料-AgI-AgBr/SiO2异质结纳米复合材料。根据文献，异质结构材料形成的内电场能够抑制光生载流子的复合，提高量子效率，对催化剂而言能

5、够有效改善其催化活性8,9。具有不同AgX异质结的复合颗粒比单独的AgX具有更佳的感光性能，从AgX的能带结构10可以看出，AgI的导带和价带位置均比AgBr的高，所以AgBr和AgI形成AgI/AgBr异质结后，在可见光照射下，激发到AgI导带的光生电子很容易迁移到AgBr的导带，而空穴从AgBr的价带迁移到AgI的价带，有利于光生电子和空穴的有效分离，说明AgI/AgBr异质结可以有效提高AgX的光催化活性和光稳定性11（如图1）。曹静12和刘只欣13也分别以TiO2为载体，制备出了AgX/TiO2异质结光催化剂，相关表征也验证了异质结构对AgX的光催化活性和光稳定性起到了增强的作用。e-

6、 e- e-e-h+ h+ h+h+EcEcEVEVAgIAgBr图1 AgI/AgBr异质结的电子迁移示意图异质结的概念虽然提出较早，但是主要应用于半导体方面，目前针对AgX异质结构复合材料的光催化性能和光稳定性研究的相关文献资料较少，就此而言，可以作为目前光催化材料研究的一个新方向。预计应用去向：本研究将以甲基橙为染料模型降解物，在可见光条件下考察AgI-AgBr/SiO2异质结纳米复合材料中电子从价带跃迁进入导带，从而引发的相关氧化反应对甲基橙溶液的降解效率，同时考察在可见光条件下对甲基橙溶液的降解条件。主要针对含难以降解的有机染料废水处理，如纺织和印染行业的高色度有机废水处理或颜料、油

7、墨和造纸等工业有机物废水处理。1.2 研究内容：1.2.1 将介孔二氧化硅作为载体，通过沉积-沉淀法在其上负载AgBr纳米颗粒，制备AgBr/SiO2复合纳米材料。所制备的AgBr/SiO2复合材料通过相关表征，测定AgBr在可见光下电子迁移规律。1.2.2 通过离子交换法用I-置换部分Br-，将AgBr/SiO2复合材料转变为具有异质结构的AgI-AgBr/SiO2纳米复合材料。通过表征，确定其异质结构，并进一步考察AgI-AgBr异质结电子跃迁规律对其的光催化性能影响。1.2.3 通过表征具体分析AgX单体复合材料和AgI-AgBr异质结复合材料的结构区别，以及光生电子与光致空穴的复合速率

8、变化。1.2.4 以甲基橙溶液为模拟染料水样，考察AgI-AgBr/SiO2异质结纳米复合材料在可见光辐射下对有机物废水光催化效率和光稳定性。1.2.5 通过调整AgI-AgBr/SiO2异质结纳米复合材料中各组分比例，进行结构和性能的各种表征，考察不同结构对复合材料的性能影响。SiO2AgBr沉淀-沉积法AgBr/SiO2AgI-AgBr/SiO2KI+Br-=KBr+I-甲基橙溶液含菌废水XRD、TEM、SEM和BET表征 组成和结构吸附、降解和杀菌作用UV-Vis表征 参考文献：1 Shi J L, Zhang L X. Nanocomposites from ordered mesop

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