楊麒麟 馬鳳延

(齊齊哈爾大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，齊齊哈爾大學(xué)，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

半導(dǎo)體光催化降解有機(jī)污染物備受人們關(guān)注。在眾多光催化劑中，Bi2WO6具有以下優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。① 為n型且?guī)遁^窄的半導(dǎo)體；② 由于其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、熱穩(wěn)定性好和無毒等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)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(jié)構(gòu)，顯示出優(yōu)異的可見光氧化水產(chǎn)O2和降解有機(jī)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(fù)合致使量子效率低。

作為新型光催化材料，Ag3PO4具有優(yōu)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(jī)污染物[6, 7]。然而，由于Ag3PO4的光敏性和微溶于水等性質(zhì)，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(zhì)。因此，本論文以Bi2WO6為載體，期望合成新型Ag3PO4/Bi2WO6復(fù)合光催化劑，通過多種表征技術(shù)手段對其微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，并通過可見光降解染料羅丹明B(RB)來評價復(fù)合材料的光催化活性。

1 實(shí)驗(yàn)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(xiàn)白色懸濁沉淀，在室溫條件下繼續(xù)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(xù)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(xù)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(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。

1.3 光催化實(shí)驗(yàn)

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(yīng)器中，室溫攪拌30 min，使催化劑在反應(yīng)液中分散均勻且達(dá)到吸附-脫附平衡。該濁液用氙燈照射。通過循環(huán)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(yīng)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(jié)果與討論

2.1 催化劑的表征

通過XRD對樣品的晶相結(jié)構(gòu)進(jìn)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(jié)構(gòu)(JCPDS73-1126)和立方晶相結(jié)構(gòu)(JCPDS06-0505)；Ag3PO4/Bi2WO6復(fù)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(zhì)結(jié)構(gòu)。

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(fù)合材料的光吸收性質(zhì)通過紫外-可見漫反射光譜進(jìn)行探究。如圖2所示，Bi2WO6有一個從200 nm開始大約在450 nm處結(jié)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(xiàn)報道一致[9]。與Bi2WO6基體相比，Ag3PO4/Bi2WO6復(fù)合材料的可見光吸收帶紅移明顯，意味著復(fù)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(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)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(fā)現(xiàn)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(zhuǎn)化率分別達(dá)到51.4%、64.8%和97.5%。上述結(jié)果表明，制備的Bi2WO6/Ag3PO4異質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料對RB可見光光催化活性高于單體Bi2WO6和Ag3PO4，表現(xiàn)出高的光催化活性。復(fù)合材料的較高的光催化活性歸因于兩者形成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)抑制了電子-空穴的復(fù)合，提高了量子效率，進(jìn)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(jié) 論

以Bi2WO6為載體，采用沉淀法成功制備了Ag3PO4/Bi2WO6復(fù)合材料，且Ag3PO4與Bi2WO6形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)。與單體Ag3PO4和Bi2WO6相比，Ag3PO4/Bi2WO6復(fù)合材料顯示出增強(qiáng)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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