单晶二氧化钛纳米片原位沉积磷酸银构筑高效光催化剂

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1、单晶二氧化钛纳米片原位沉积磷酸银构筑高效光催化剂In-situdepositionofAg3PO4onsingle-crystallineTiO2nanosheetsforhighlyefficientphotocatalyst学科专业：化学工程研究生：王鹏指导教师：那平研究员天津大学化工学院二零一七年五月万方数据万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的

2、任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据万方数据摘要在环境污染日益严重的今天，因光催化技术能够绿色、节能、高效的去除环境中的污染物，而受到了广泛关注，其技术核心是高效、价廉、

3、稳定的光催化剂。本文以高暴露（001）晶面的单晶锐钛矿二氧化钛纳米片（TNS）为载体，将具有较强光催化活性、对可见光响应的Ag3PO4原位沉积在TNS上，构筑一种PN型异质结光催化剂，探究其在罗丹明B光催化降解反应中的催化活性及反应机理。首先，采用水热反应法制备了以高活性（001）晶面占主导的TNS，通过原位沉积法将Ag3PO4负载到TNS表面制备得到Ag3PO4/TNS。通过SEM、TEM、XRD、FTIR、XPS、UV-VisDRS和PL等一系列分析表征手段，对材料的微观形貌、组成特征和光学性质进行了分析。SEM和TEM表征结果表明，单纯TNS呈约100nm的方形薄片，单纯

4、Ag3PO4形貌是约200nm的球形颗粒，而生长在TNS表面的Ag3PO4的尺寸缩小为10.06±2.09nm。XRD结果显示TNS为锐钛矿型，Ag3PO4为纯净物，且所有材料结晶度都很高。FTIR和XPS证实了Ag3PO4和TNS间存在着相互作用力，形成了异质结结构。UV-VisDRS分析结果表明，Ag3PO4/TNS异质结光催化剂对可见光表现出较强的响应，随着Ag3PO4在复合材料中质量分数的增大，相对TNS的吸收波长红移越多。PL分析表明，与Ag3PO4和TNS相比，Ag3PO4/TNS异质结光催化剂的光生电子和空穴的复合被大大抑制，Ag3PO4/TNS-60的光生电子和

5、空穴的复合率最低。其次，将Ag3PO4/TNS复合材料应用于光催化降解罗丹明B。先是进行材料的吸附实验，待吸附得到平衡。然后考察在催化剂浓度为1g/L，对罗丹明B初始浓度为10mg/L的去除效果。结果表明，Ag3PO4/TNS的吸附能力、光催化能力均得到显著加强。表现最佳的Ag3PO4/TNS-60在30min黑暗吸附和50min光催化实验后，对罗丹明B的降解率达到99.11%。在循环使用实验中，典型的复合材料Ag3PO4/TNS-60在三次循环后对罗丹明B的降解率仍可达到85.95%，表现出良好的循环稳定性。最后，本文探讨了Ag3PO4/TNS光催化剂光催化降解罗丹明B的机理

6、。自由+-基清除实验表明h和·O2在光催化反应中起到重要作用。理论计算和能带排列图表明，Ag3PO4/TNS光催化剂异质结为第二类异质结结构，这类能带较为匹配的异质结结构明显延长了Ag3PO4/TNS复合材料的光生电子和空穴的寿命。关键词：光催化，Ag3PO4，TiO2纳米片，异质结I万方数据II万方数据ABSTRACTWithworseningofenvironmentpollution,photocatalytictechnologyhasreceivedextensiveattentionoverdecadesduetotheirbeingenvironment-frie

7、ndly,energysavingandhighefficiency.Andphotocatalystsofhighefficiency,lowpriceandgreatstabilityarevitaltothistechnology.Inthisresearch,anatasesingle-crystallineTiO2nanosheets(TNS)dominatedbyexposed(001)facetsactedascarriers.ThenAg3PO4,whichisrespond