Ag2CO3的制備、表征及其光催化性能

汪佳鳳，桂志萍，司桂福，賈　勇，周雙生

(1.安徽中醫藥大學藥學院，安徽 合肥 230012；2.綠色高分子材料安徽省重點實驗室，安徽 合肥 230601)

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Ag2CO3的制備、表征及其光催化性能

汪佳鳳1,2，桂志萍1，司桂福1，賈勇1，周雙生1,2

(1.安徽中醫藥大學藥學院，安徽 合肥 230012；2.綠色高分子材料安徽省重點實驗室，安徽 合肥 230601)

[摘要]以AgNO3和Na2CO3為原料通過沉淀法制備了Ag2CO3光催化劑，采用X-射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、傅里葉變換紅外光譜(FTIR)和紫外可見光譜(UV-Vis)對所制備的樣品進行了表征，并考察了該光催化劑在紫外光照射下對亞甲基藍(MB)的催化降解效果。結果表明，Ag2CO3的禁帶寬度約為2.53 eV，經60 min紫外光催化反應，0.5 g·L-1Ag2CO3對40 mg·L-1的MB溶液的降解率達到97.7 %，比同等條件下TiO2的降解率高出31.1%。

[關鍵詞]碳酸銀；光催化劑；亞甲基藍

隨著染料工業的迅速發展，染料廢水的排放量日益增加，導致環境污染不斷惡化，解決染料廢水的降解問題越來越引起人們的廣泛關注。近年來，光催化降解技術因其綠色環保、價廉高效已成為有機污染物降解和凈水處理方面的重要方法。TiO2是目前應用最為廣泛的金屬氧化物半導體催化劑，具有化學穩定性好、耐光腐蝕、對有機污染物選擇性小和礦化程度高等優點[1]。然而，TiO2的光生電子和空穴易復合，導致量子產率低，制約著TiO2光催化效率的大幅提高[2]。因此，探索和開發高效的新型光催化劑是當今光催化領域的重要發展方向。

眾所周知，許多銀基化合物具有光敏感性，但卻很少用于光催化領域，最近研究發現Ag3PO4、AgCl、AgBr、AgI和Ag2O等銀基化合物表現出比傳統TiO2更高的光催化活性[3-8]。但國內外對Ag2CO3的光催化活性方面的報道卻很少[9-10]，本工作利用沉淀法合成了光催化材料Ag2CO3，并采用XRD、SEM、FTIR和UV-Vis對其結構進行了表征，同時考察了該光解劑在紫外光照射下對亞甲基藍溶液的光催化降解效果。

1實驗部分

1.1試劑和儀器

硝酸銀(AgNO3，≥99.8%)，廣東光華科技股份有限公司；碳酸鈉(Na2CO3，≥99.2%)，濰坊海之源化工有限公司；氫氧化鈉(NaOH，≥99.0%)，滄州凌翔化工有限公司；二氧化鈦(TiO2，100%)，上海鴻運源化工有限公司；亞甲基藍(C16H18N3S，≥99.5%)，上海源葉生物科技有限公司；實驗所用的水均為蒸餾水。

使用北京普析通用儀器有限責任公司的XD-3型X射線衍射儀對樣品的晶相組成等進行測試(Cu Kα輻射，λ = 1.5406?)；采用日本日立公司的S-4800型掃描電子顯微鏡對樣品的形貌進行觀察；采用美國尼高力儀器公司的NEXUS-870型傅立葉紅外光譜儀從400 ～ 4000 cm-1對樣品進行紅外吸收測試；采用日本日立公司的U-4100型紫外可見光譜儀對樣品進行UV-Vis漫反射光譜測試。

1.2催化劑的制備

Ag2CO3樣品是通過AgNO3水溶液和Na2CO3水溶液在室溫攪拌下的沉淀反應來制備的。主要過程如下：將10 ml的 1 mol·L-1的AgNO3溶液加入燒杯中，磁力攪拌下，逐滴加入10 mL的0.5 mol·L-1的Na2CO3溶液，室溫繼續攪拌0.5 h，滴加NaOH溶液至pH > 10。靜置后，有大量白色渾濁出現。常壓過濾，用15 mL蒸餾水洗滌3次，在40 ℃真空干燥3 h，稱重并置于干燥器內保存。理論重：1.37 g，實際重：1.037 g，產率：75.7 %。

1.3光催化降解實驗

Ag2CO3樣品的光催化活性是通過在室溫紫外光照射下降解亞甲基藍水溶液來評價的。實驗采用自制的圓柱形石英玻璃管反應器，光源為300 W高壓汞燈，最強輻射波長為365 nm。稱取0.041 g Ag2CO3樣品置于石英管中，然后移取80 mL的40 mg·L-1的MB溶液，在暗光條件下攪拌30 min，使光催化劑均勻懸浮于溶液中以達到吸附平衡，此時取樣測定MB的UV-Vis吸收光譜，將波長為610 nm處的吸光度記為A0，MB溶液的濃度記為C0。開啟光源，反應時間1.0 h，每隔10 min取樣1次，離心分離除去Ag2CO3粉體，取上清液測定UV-Vis吸收光譜，λ = 610 nm的吸光度記為A，MB溶液的濃度記為C。計算MB的降解率η，η = (A0- A) / A0× 100 %。為了比較光解效果，選擇TiO2在相同實驗條件下進行光催化降解對比實驗。

2結果與討論

2.1催化劑的表征

2.1.1XRD分析

圖1為所制備的Ag2CO3樣品的XRD圖，經與標準卡(JCPDS file No. 26-0339)對照，圖中衍射角2θ為18.10°、20.16°、28.62°、32.22°、33.30°、34.56°、36.68°、39.20°、41.46°、43.96°、46.74°、48.14°、50.30°、51.14°、54.32°、55.72°、57.58°分別屬于Ag2CO3的(020)、(110)、(011)、(-101)、(-130)、(111)、(200)、(031)、(222)、(131)、(230)、(211)、(-141)、(150)、(-231)、(231)、(060)各晶面的特征衍射峰，且峰形尖銳，沒有其他雜峰的出現，說明樣品的純度較高。

2.1.2SEM分析

圖2是所制備出的Ag2CO3樣品的SEM圖，從圖中可以看出，Ag2CO3樣品呈多面棒狀形貌，平均尺寸在2-5 μm，表面較光滑，這將有利于Ag2CO3表面的染料吸附和電子遷移，從而提高其光催化活性[9]。

2.1.3FTIR吸收光譜

圖3是所制備出的Ag2CO3樣品的FTIR圖，3180 cm-1、2987 cm-1處出現的吸收峰是由于吸附的水分子和羥基的伸縮振動引起的，這說明碳酸銀表面吸附了水分子，而這些吸附水和羥基基團在光催化反應中將起到重要作用，它們將與催化劑表面激發產生的空穴發生反應，形成羥基自由基，從而在催化反應中將溶液中的有機基團氧化[11]。1450 cm-1、1369 cm-1處出現的強吸收峰是由于CO32-的伸縮振動引起的，883 cm-1、802 cm-1和708 cm-1處的吸收峰屬于CO32-的彎曲振動峰。

2.1.4UV-Vis吸收光譜

圖4是所制備出的Ag2CO3樣品的紫外可見漫反射光譜圖，從圖中可以看出，Ag2CO3樣品主要吸收紫外光，其吸收邊波長λg= 490 nm，按Eg= 1240 / λg可估算催化劑的禁帶寬度(Eg，eV)，結果顯示Ag2CO3樣品的禁帶寬度約為2.53 eV，比文獻報道的TiO2的禁帶寬度3.20 eV要小[1]，說明Ag2CO3能吸收更多的光子，光利用率更高。

2.2Ag2CO3的紫外光催化活性

圖5是不同光照時間下Ag2CO3樣品降解MB溶液的UV-Vis吸收光譜圖，可以看出，隨著光照時間的延長，MB溶液在610 nm處的吸光度迅速降低，說明MB被光催化分解了。此外，MB溶液在250-380 nm區域的紫外吸收在降解過程結束后幾乎完全消失，說明MB結構中的苯環和雜環被破壞，有機染料完全降解為小分子或離子產物[12]。

圖6是紫外光照射下Ag2CO3和TiO2樣品降解MB溶液的動力學曲線圖，光照10 min后，Ag2CO3和TiO2對MB溶液的降解率分別為79.4 %和18.2 %，光照60 min后，MB的降解率分別為97.7 %和66.6 %，可以看出，Ag2CO3比TiO2對MB溶液表現出更高的紫外光催化活性。

3結論

采用沉淀置換法制備了一種新型的Ag2CO3光催化劑，利用紅外、紫外、X射線衍射和掃描電鏡對其結構進行了表征，光催化降解實驗表明所制備的Ag2CO3樣品對MB溶液表現出較好的降解效果，有望在染料廢水的處理中得到應用。

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Synthesis, Characterization and Light-responsive Reactivity of Ag2CO3Photocatalyst

WANG Jiafeng1,2, GUI Zhiping1, SI Guifu1, JIA Yong1, ZHOU Shuangsheng1,2

(1.DepartmentofPharmacy,AnhuiUniversityofChineseMedicine,Hefei230012,China;2.AnhuiProvinceKeyLaboratoryofEnvironment-κfriendlyPolymerMaterials,AnhuiUniversity,Hefei230601,China)

Abstract：Ag2CO3was prepared by a simple precipitation reaction between Na2CO3and AgNO3. X-ray powder diffraction, scanning electron microscopy, Fourier transform infrared spectrometer and UV-vis diffuse reflectance spectrometer were employed to investigate the phase structure, micro morphology and absorbance of the as-κprepared sample. The photocatalytic activity of Ag2CO3was evaluated by means of the degradation of methylene blue aqueous solution under UV light irradiation. The results showed that the band gap of Ag2CO3was about 2.53 eV, and after 60 min UV photocatalytic reaction, the degradation rate of MB solution with initial concentration of 40 mg·L-1reached 97.7% by using 0.5 g·L-1Ag2CO3, which was better than that of TiO231.1% at the same experimental conditions.

Key words：Mathematics; Dilemma; Transformation; Enlightenment; Thinking

[收稿日期]2015-09-20

[基金項目]安徽省自然科學青年基金項目(1608085QH187)和綠色高分子材料安徽省重點實驗室開放課題基金(2013KF001，201401006)資助

[第一作者簡介]汪佳鳳(1981-)，女，安徽桐城人，安徽中醫藥大學藥學院講師。

[中圖分類號]G61

[文獻標識碼]A

[文章編號]1674-2273(2016)03-0045-04