Ag3PO4/Bi2WO6復合材料的制備及可見光降解羅丹明B

楊麒麟 馬鳳延

(齊齊哈爾大學化學與化學工程學院，齊齊哈爾大學，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

半導體光催化降解有機污染物備受人們關注。在眾多光催化劑中，Bi2WO6具有以下優點而備受關注。① 為n型且帶隙較窄的半導體；② 由于其化學性質穩定、熱穩定性好和無毒等優點，應用廣泛[1～4]。Bi2WO6作為一種最簡單的Aurivillius氧化物，具有WO6的類鈣鈦礦板和(Bi2O2)2+層形成的層狀結構，顯示出優異的可見光氧化水產O2和降解有機污染物活性[5]。然而，Bi2WO6也存在不足之處，這歸因于其光生電子和空穴快速復合致使量子效率低。

作為新型光催化材料，Ag3PO4具有優異的光催化性能，這歸因于其光生電子和空穴的有效分離。Ag3PO4具有非常高的氧化能力，在可見光照射下，Ag3PO4可光解水制氧和降解有機污染物[6, 7]。然而，由于Ag3PO4的光敏性和微溶于水等性質，致使其在光催化降解過程中易被光腐蝕和還原為弱活性Ag單質。因此，本論文以Bi2WO6為載體，期望合成新型Ag3PO4/Bi2WO6復合光催化劑，通過多種表征技術手段對其微觀結構進行表征，并通過可見光降解染料羅丹明B(RB)來評價復合材料的光催化活性。

1 實驗部

1.1 儀器與試劑

雙光束紫外-可見分光光度計(TU-1901)，北京普析通用儀器有限公司；X-射線衍射儀，德國BRUKER-AXS。文中所用試劑均為分析純。

1.2 合成步驟

1.2.1Bi2WO6的制備

將Na2WO4溶液滴加到Bi(NO3)3/HAc溶液中，出現白色懸濁沉淀，在室溫條件下繼續劇烈攪拌2 h，隨后水熱處理150 ℃并恒溫20 h，然后冷卻至室溫，將沉淀物分別用二次水和乙醇洗滌3次，最后在真空干燥箱中80 ℃干燥24 h，即得到Bi2WO6。

1.2.2Ag3PO4/Bi2WO6的制備

將Na3PO4溶液滴加到AgNO3溶液中形成黃色沉淀，接著在室溫條件下避光繼續劇烈攪拌2 h。將1.2.1制備的Bi2WO6分散到黃色懸濁液中，繼續避光攪拌2 h，分別用二次水和乙醇洗滌3次，最后在真空干燥箱中60 ℃干燥48 h，即得到黃綠色的Ag3PO4/Bi2WO6異質結構復合材料。

1.3 光催化實驗

將催化劑(0.20 g)分散到新配制的RB溶液(220 mL、50 ppm)中，超聲該懸濁液10 min，然后置于密封的石英反應器中，室溫攪拌30 min，使催化劑在反應液中分散均勻且達到吸附-脫附平衡。該濁液用氙燈照射。通過循環冷凝水確保懸濁液的溫度接近于室溫。每隔一段時間取出一定量反應溶液，離心過濾，然后分析濾液。水溶液中RB的濃度通過紫外-可見分光光度計測定。

2 結果與討論

2.1 催化劑的表征

通過XRD對樣品的晶相結構進行表征。從圖1中可知，通過水熱法和沉淀法分別成功制備了Bi2WO6和Ag3PO4，他們分別具有單斜晶相結構(JCPDS73-1126)和立方晶相結構(JCPDS06-0505)；Ag3PO4/Bi2WO6復合材料不僅具有Bi2WO6的特征衍射峰，而且具有Ag3PO4的特征衍射峰，這表明Ag3PO4和Bi2WO6之間形成異質結構。

圖1 樣品的XRD圖Fig 1 XRD patterns of samples

圖2 樣品的紫外-可見漫反射光譜Fig 2 UV-vis DRS of samples

Ag3PO4/Bi2WO6復合材料的光吸收性質通過紫外-可見漫反射光譜進行探究。如圖2所示，Bi2WO6有一個從200 nm開始大約在450 nm處結束的陡峭吸收帶，其吸收帶來源于帶隙躍遷[8]；而Ag3PO4的吸收邊緣位于530 nm處，這與文獻報道一致[9]。與Bi2WO6基體相比，Ag3PO4/Bi2WO6復合材料的可見光吸收帶紅移明顯，意味著復合材料可吸收更多的可見光，可提高光催化劑的可見光活性。

2.2 可見光光催化性能研究

以染料羅丹明(RB)為模型分子考察Bi2WO6、Ag3PO4和Ag3PO4/Bi2WO6異質結構復合材料的光催化性能。

如圖3所示，在可見光照射下，直接光解RB 180 min未發現其濃度變化。然而，可見光照射和光催化劑都存在的條件下，RB濃度明顯降低；在可見光照射120 min后，Ag3PO4、Bi2WO6和Bi2WO6/Ag3PO4降解RB的轉化率分別達到51.4%、64.8%和97.5%。上述結果表明，制備的Bi2WO6/Ag3PO4異質結構的復合材料對RB可見光光催化活性高于單體Bi2WO6和Ag3PO4，表現出高的光催化活性。復合材料的較高的光催化活性歸因于兩者形成的異質結構抑制了電子-空穴的復合，提高了量子效率，進而提高了可見光催化活性。

圖3 可見光照射下不同催化劑對RB的降解圖Fig 3 Photocatalytic activities of different photocatalysts toward RB under visible light irradiation

3 結 論

以Bi2WO6為載體，采用沉淀法成功制備了Ag3PO4/Bi2WO6復合材料，且Ag3PO4與Bi2WO6形成異質結構。與單體Ag3PO4和Bi2WO6相比，Ag3PO4/Bi2WO6復合材料顯示出增強的可見光催化活性，這歸因于其較多的可見光吸收和較高的電子-空穴分離效率。

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