二元复合材料α-MoO3/AgBr的光催化性能及其机理分析文献综述

 2022-11-24 22:28:35

文献综述

摘要:常见的银基半导体主要有银的简单化合物、具有异质结构的银基复合材料、固溶体以及负载型半导体等。然而大多数对可见光有良好吸收的银基半导体材料,都存在不同程度的光腐蚀,原因就是在反应过程中,产生的光生电子来不及转移,和半导体自身的银离子发生反应,消耗催化剂,使得其催化效果和稳定性都大大降低。MoO3是一种常见的n型半导体材料,其带隙在2.9eV左右,可见光吸收范围有限,且由于其导带的离域性较低,不利于光生电子空穴的迁移,使其在反应中表现的催化活性较低。通过银基半导体和MoO3复合,可以实现光生电子-空穴对的分离,大大提高光催化效率。

关键词:AgBr;alpha;-MoO3;可见光响应;alpha;-MoO3/AgBr复合光催化剂

1 引言

半导体材料作为催化剂的多相光催化过程,以其室温深度反应即可直接利用太阳光作为驱动力来活化催化剂、驱动氧化-还原反应等独特性能而成为一种理想的环境污染治理技术。该技术具有氧化分解有机污染物、还原重金属离子、除臭、防腐、杀菌等多方面功能,可被广泛应用于污水处理、空气净化等领域。自从发现TiO2单晶电极在光的作用下可分解水以来,二氧化钛以其成本低、化学稳定性强、安全无毒、无二次污染等优点成为光催化领域研究的热点。然而,在实际应用中Ti02因量子产率低、能带隙较宽,仅能吸收4%的太阳光等缺点,限制了其实际应用。因此,开发高效、可吸收可见光或太阳光的光催化剂成为半导体光催化研究领域的热点话题。在过去的几十年里,银基半导体材料,如:Ag3PO4, AgVO3, Ag2O, AgX (AgCl,AgBr, AgI)等,因其具有较强的可见光吸收和高的量子产率等优点,在光催化领域备受广泛关注。然而单一的半导体材料因不充分的电荷分离和光敏感性,在可见光范围内光催化活性较差。alpha;-MoO3半导体材料结构独特、光学性质优异,在光催化领域引起了人们广泛的关注,然而,alpha;-MoO3较高的光生电子-空穴复合率、较窄的光响应范围,阻碍了在光催化领域中的发展,因此,人们经常利用掺杂、表面修饰等方法实现光生电子-空穴的分离,从而提高其光催化活性。半导体复合体系,即不同半导体材料构成的异质节能够高效的捕获电子,能够有效地抑制光生载流子的复合,延长载流子的寿命,从而提高光催化剂的催化效率,因此研究不同的半导体异质复合半导体材料或者不同方法制备的异质节复合半导体材料备受科学家的关注。

2 alpha;-MoO3/AgBr复合原理

半导体复合是指两种不同禁带宽度的半导体进行复合。不同半导体的价带、导带、禁带就会发生交叠,这样就大大降低了光生电子和空穴的复合率,使材料的光谱响应得到了扩展,从而表现出较单一半导体更好的稳定性和光催化活性。将alpha;-MoO3与AgBr进行复合,alpha;-MoO3的带隙能为3.2 eV,AgBr的带隙能为2.6eV。其中alpha;-MoO3由于带隙窄主要起到吸收可见光辐射的作用,而 AgBr由于优异的电子传输性能主要起到传输光生载流子的作用。在可见光照射下,alpha;-MoO3会产生大量光生电子和空穴,由于alpha;-MoO3价带电位比 AgBr价带电位高,故alpha;-MoO3中产生的光生空穴会往 AgBr2迁移,所以两者产生的光生电子主要集中在alpha;-Fe2O3的导带上,使得光生电子与空穴得到了有效的分离,降低了光生电子与空穴的复合几率,也避免了alpha;-MoO3自身的光腐蚀,大大提高了光催化性能。

3 alpha;-MoO3/AgBr复合样品的制备

拟采用以针铁矿(alpha;-FeOOH)作为载体,用溶胶-凝胶法制得alpha;-MoO3/AgBr光催化剂,希望能利用针铁矿煅烧后形成的纳米孔来提高光催化剂的比表面积,进而提高光催化剂的光催化性能,并以可溶性染料RhB为对象考察光催化剂的光催化降解性能。alpha;-MoO3/AgBr复合样品的制备:以合成alpha;-FeOOH代替针铁矿作为载体,使用前经过干燥处理。准确称量6g alpha;-FeOOH,与20 mL无水乙醇混合,在室温下超声分分散30 min,加入1.4 mL钛酸四丁酯,充分搅拌30 min后,缓慢滴加体积比为1:1的H2SO4 5 mL作为钛酸四丁酯的水解催化剂,强力搅拌至形成溶胶,然后陈化24h,固-液分离得到凝胶。把凝胶放在烘箱内80℃干燥24 h,研磨后在马弗炉中分别于250,350,450,550,650℃煅烧2 h,得到负载型光催化剂样品。

4 银基半导体催化机理

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