摘 要

近些年来，在环境污染处理方面出现了一种新型高效、绿色的环境治理技术----半导体光催化技术。TiO₂，因其低成本及低毒性等优势而成为这个半导体光催化领域的研究重点。然而，TiO₂存在着可见光响应能力差以及电子空穴复合率非常快的致命缺陷，这大大地限制其实际应用。同时，为充分利用可再生而绿色的太阳能，新型可见光催化剂的开发成为科研工作者的首要目标。金属钨酸盐，因其独特的结构和物化性质而被广泛应用于光致发光，光致变色，湿度传感，光催化等方面。

本文通过水热法制备出钨酸镉以及化学沉淀法制得磷酸银和磷酸银/钨酸镉复合材料，并进行X射线粉末衍射（XRD）和傅里叶红外光谱（FT-IR）等表征，其结果证明了光催化剂已初步得到。以300 W氙气灯为模拟光源，10 mg/L的甲基橙溶液为模拟污染物，探究所制备的光催化剂以及商用P25的光催化活性。结果表明，AC-2具有更高效的光催化活性。此外，还对其他染料如罗丹明B（RHB）、结晶紫（CV）、金橙Ⅱ（OR）、亚甲基蓝（MB）、孔雀绿（MG）进行活性研究，其降解效率分别为99.08%、90.52%、96.01%、98.81%、98.76%。经过连续使用4次之后，发现AC-2降解MO的效率仍在75%以上，这说明AC-2具有较好的重复使用性。根据活性因子实验发现降解AC-2的主要活性因子为h 和·O₂^-，并提出了可能的光催化机理。

关键词：光催化 CdWO₄ Ag₃PO₄ 机理

Abstract

Recently, a new efficient and green environmental treatment technology, semiconductor photocatalytic technology, has emerged in the field of environmental pollution treatment. Due to its advantages of low cost and low toxicity, TiO₂ has become the focus of this field of semiconductor photocatalysis. However, TiO₂ has the mortal defect of poor visible light response and rapid electron hole recombination rate, which greatly limits its practical application. Simultaneously, for the purpose of making full use of renewable and green solar energy, the development of new visible light catalyst has become the primary goal of researchers. Metal tungstate is widely used in photoluminescence, photochromic, humidity sensing, photocatalysis and so on, because of its unique structure and physicochemical properties.

In this paper, CdWO₄ was prepared by hydrothermal method, Ag₃PO₄ and Ag₃PO₄/CdWO₄ composites were prepared by chemical precipitation method. Then the samples characterized by XRD and FT-IR. The results shown that the photocatalysts had been obtained. The photocatalytic activity of the as-prepared photocatalysts and commercial P25 was investigated by using 300W xenon lamp as the simulated light source and MO solution for 10 mg/L as the simulated pollutant. The results shown that the AC-2 had a more efficient photocatalytic activity. In addition, the degradation efficiency of other dyes such as RHB, CV, OR, MB, MG were 99.08%, 90.52%, 96.01%, 98.81%, respectively. After 4 successive use, it was found that the efficiency of MO degradation by AC-2 was still over 75%, indicating that AC-2 had good reusability. The main active factors for AC-2 degradation were found to be h and ·O₂^- and the possible photocatalytic mechanism was proposed.

Keywords: Photocatalysis CdWO₄ Ag₃PO₄ mechanism

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 文 献 综 述 1

1.1 前言 1

1.2 光催化 1

1.2.1 光催化基本原理 1

1.2.2 光催化影响因素 2

1.3 光催化剂的研究进展 3

1.3.1 紫外光响应型光催化剂 3

1.3.2 可见光响应型光催化剂 3

1.4 光催化的改性手段 4

1.4.1 形貌控制 4

1.4.2 元素掺杂 5

1.4.3 半导体复合 7

1.5 光催化技术的应用 8

1.5.1 制氢 8

1.5.2 有机污染物降解 9

1.5.3 光催化氧化反应 10

1.6 论文选题的意义 11

第二章 光催化剂的制备及表征 12

2.1 前言 12

2.2 实验部分 12

2.2.1 试剂 12

2.2.2 仪器 13

2.3 材料制备 13

2.3.1 CdWO₄的制备 13

2.3.2 Ag₃PO₄/CdWO₄及Ag₃PO₄的制备 13

2.4 催化剂的表征 15

2.4.1 X射线粉末衍射（XRD） 15

2.4.2 傅里叶红外光谱（FT-IR） 15

2.5 结果与讨论 15

2.5.1 X射线粉末衍射（XRD）分析 15

2.5.2 傅里叶红外光谱（FT-IR）分析 16

2.6 本章小结 17

第三章 Ag₃PO₄/CdWO₄复合材料光催化性能研究 18

3.1 前言 18

3.2 实验部分 18

3.3 结果与讨论 19

3.4 本章小结 26

第四章 结论与展望 27

4.1 结论 27

4.2 展望 27

参考文献 29

致谢 32

第一章 文 献 综 述

1.1 前言

长久以来，能够高效利用太阳能的方法一直在被探索。如今，工业的飞速发展带动了人类社会的进步。但是，随着社会的进步，许多环境问题正在逐渐被体现出来，例如 “三废”问题每年都在加剧，这就导致了我们的生存环境日益恶劣。传统的污染物治理技术有膜分离法、生物处理法、化学氧化法、物理吸附法等^[1]。由于传统技术存在着一些不足之处比如，化学氧化法只能针对单一的污染物；膜分离法的成本高且后期处理不方便；物理吸附法并未彻底降解污染物；生物处理法的处理效果不好，这就使得环境污染问题很难被根除，进而督促人们更快更好地利用清洁能源——太阳能。

光催化是利用太阳能的重要手段之一，它是利用光能产生催化的作用，使得吸附在光催化剂上的氧气和水分子与光生电子和空穴反应，从而形成自由基，它们可有效降解有机或无机污染物，并且环保绿色。这个技术可以用在许多方面，比方说光催化裂解水制氢^[18]、降解有机污染物^[19]和氧化反应^[20]。

1.2 光催化

1.2.1 光催化基本原理

光催化是在光照的情况下，催化剂将光能转化为化学能的过程。这个过程的决定性因素是半导体光催化剂的禁带宽度小于所受光的能量。半导体光催化剂的理论来源于固体能带理论：半导体的能带由价带（VB）和导带（CB）组成，它是不连续的。二者之间称禁带，能量差异称禁带宽度（Eg）^[2,3]。

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