基于聚吡咯载体的Ag/AgCl表面等离子体可见光催化剂的制备及催化性能研究

Developing visible-light photocatalyst with excellent performance, controlled structure and reusability, and applying them to the degradation of organic pollutants have important significance in environmental protection. In this project, Ag/AgCl-PPy visible-light plasmonic photocatalyst is prepared through a novel way, in which Ag nanoparticles are first synthesized on polypyrrole (PPy) supporter surface, and then Ag nanoparticles are partly etched in situ. Azo dyes are selected as the research object, the visible-light photocatalytic property and mechanism of Ag/AgCl-PPy are studied in detail. Compared with traditional synthetic route, PPy not only works as a supporter for Ag/AgCl, but also has ability to control the morphology and size of Ag nanoparticles with the help of FeCl3 solution etching. More importantly, there is good synergistic effect between PPy supporter and Ag/AgCl, which can greatly improve the visible-light catalytic property of Ag/AgCl-PPy. This project not only explores a novel way to prepare Ag/AgCl visible-light plasmonic photocatalyst supported on PPy, but also promotes the cross-disciplinary research among chemistry, material science and environmental science.

开发性能优异、结构可控、可重复利用的可见光催化剂,并将其应用于有机污染物的降解，对环境保护具有重要意义。本项目针对这一课题，设计了"在聚吡咯（PPy）载体表面生成Ag纳米粒子，并原位部分刻蚀Ag纳米粒子"的新思路来制备Ag/AgCl-PPy表面等离子体可见光催化剂；同时，以偶氮类染料为研究对象，详细考察Ag/AgCl-PPy的可见光催化性能，并阐明机理。相对于传统的制备方法，本研究中，PPy载体不仅起到承载Ag/AgCl的作用；而且利用PPy的特性，结合FeCl3溶液的刻蚀可以实现对Ag纳米粒子形貌尺寸的有效调控；更重要的是，PPy与Ag/AgCl之间能够产生协同效应，因此会极大地提高Ag/AgCl-PPy材料的可见光催化性能。本项目的实施，不仅为制备基于PPy载体的Ag/AgCl表面等离子体可见光催化剂开辟了一条新途径，而且还可以促进化学、材料及环境等学科的综合交叉，具有重要的学术意义。

当前，因有机污染物而造成的水污染严重危害着人类的生存环境和健康生活。如何有效处理有机污染物成为人们日益关心的问题。为此，本项目设计了“在聚吡咯（PPy）载体表面生成Ag纳米粒子，并原位部分刻蚀Ag纳米粒子”的思路来制备TiO2/Ag-AgCl@PPy表面等离子体共振可见光催化剂。由于新型光催化剂中既含有具有表面等离子体共振效应的Ag-AgCl纳米粒子；又引入了在可见光区吸收强、通过Schottky势垒能有效分离光生电子和空穴的PPy层，因而相对于传统TiO2光催化剂来说，活性更高、循环利用性更好。通过对实验结果的分析，我们揭示了TiO2/Ag-AgCl@PPy光催化剂的催化机理。围绕处理污水中有机污染物这一课题，除光催化剂外，本项目还制备了一系列以PPy为载体基于贵金属纳米粒子的磁性可循环利用催化剂，并对其形貌、结构及组成等性质进行了详细表征。在研究催化剂对有机染料的催化还原时，重点考察了催化活性和循环利用性。针对催化剂制备过程复杂这一问题，我们利用吡咯单体所特有的还原性，探索了制备该类催化剂的简便方法。本项目的研究成果，为污水中有机染料的处理开辟了新的思路，对我国的环境保护具有重要意义。