微纳结构Ag3PO4空心球/石墨烯异质结的构筑及光催化性能研究

The development of highly efficient and stable photocatalyst in visible light is the frontier and hot issues in the research field of photocatalysis. Ag3PO4 was discovered as a new, efficient photocatalytic material in recently. However it has a low specific surface area and is easy to photocorrosion. For enhancing the photocatalytic activity and inhibiting the photocorrosion of Ag3PO4, a route of "hollowing micro-nano Ag3PO4 - forming heterojunction with graphene" is firstly proposed to fabricate a micro-nano structured Ag3PO4 hollow sphere/graphene heterojunction composite photocatalyst. Through studying the formation mechanism of the hollow spheres and heterojunction, the design theory and method of preparation of hollow semiconductor/graphene composite photocatalytic materials would be established. By investigating the effect of size of hollow spheres, shell thickness and content of the graphene on photocatalytic activity and light stability, the relationship between the microstructure, energy band structure of heterojunctions and photocatalytic properties would be revealed and ultimately to achieve effective control of the microstructure and photocatalytic properties of the composition. This research would provide a theoretical and technical basis for designing high efficiency and stability of visible-light-driven photocatalyst.

高活性、高稳定性、可见光吸收的光催化材料的制备是光催化领域的前沿和热点之一。Ag3PO4是最近发现的一种新型、高效的可见光光催化材料，但其比表面积小、易发生光腐蚀。为了进一步提高磷酸银的光催化活性和抑制其光腐蚀的发生，我们首次提出了"微纳空心化- - 石墨烯异质结"的合成路线，构筑具有微、纳米结构的Ag3PO4空心球/石墨烯异质结复合光催化剂。研究磷酸银空心球、磷酸银/石墨烯异质结的形成机理，建立设计空心半导体/石墨烯复合型光催化材料的制备理论和方法；探讨空心球的大小、壳层厚度、石墨烯的含量对磷酸银光催化活性及其光稳定性的影响，揭示材料的微观结构、异质结的能带结构和光催化性能之间的关系，实现对复合物微观结构和光催化性能的有效调控。本研究将为设计和制备高效、高稳定性的可见光光催化剂提供理论依据和技术基础。

本项目合成了磷酸银纳米晶及异质结，AgVO3纳米带及异质结，以及Ag-BiFO3等银离子体异质结、g-C3N4/SnS2异质结灯一系列光催化剂，目的是为了进一步提高含银光催化剂的活性及抑制其光腐蚀的发生。项目从2013年1月开始，2015年12月结束，历时3年，经费资助25万元，获得以下研究成果：.（1）用植酸胶束为软模板，合成了粒径分布均匀的Ag3PO4纳米晶体。通过改变加入磷酸钠的量，可对Ag3PO4纳米晶体的大小进行调节，调节范围为40-50nm。合成的磷酸银纳米晶的光催化活性优于微米级的磷酸银颗粒。.（2）通过电化学阳极氧化法，合成了Ag3PO4及AgCl/Ag3PO4、AgBr/Ag3PO4异质结膜。异质结的存在能有效提高光致电荷的有效分离，同时异质结中Ag3PO4的纳米结构增大比表面积，缩短电子和空穴迁移到纳米粒子表面的路径，从而在双重作用下提高了光催化剂的活性。.（3）通过原位离子交换法合成了AgCl/AgVO3异质结，50–100 nm的立方体AgCl纳米颗粒附着在AgVO3纳米带表面。质结的光催化活性远高于AgVO3纳米带，主要是因为光生载流子的分离效率提高。.（4）溶胶凝胶法合成BiFeO3,然后在其表面化学还原得到Ag-BiFeO3等离子体光催化剂。研究发现由于表面纳米粒银产生的等离子体共振效应增加了对可见光的吸收，同时还作为电子的存储体，提高了光致电荷的分离效率。.（5）通过液相剥离法制备了g-C3N4纳米片，再用一种简单、方便的离子交换法制备g-C3N4/SnS2异质结。g-C3N4/SnS2异质结的构建提高了光电流和光催化活性，归因于异质结的构建有利于光致电荷的有效分离。.在Catalysis Communications ，RSC Adv.，Materials Letters ，J Sol-Gel Sci Technol.等期刊上发表SCI论文6篇，申请发明专利5项，1项获得授权。