Ag2CO3的制备、表征及其光催化性能

汪佳凤，桂志萍，司桂福，贾　勇，周双生

(1.安徽中医药大学药学院，安徽 合肥 230012；2.绿色高分子材料安徽省重点实验室，安徽 合肥 230601)



Ag2CO3的制备、表征及其光催化性能

汪佳凤1,2，桂志萍1，司桂福1，贾勇1，周双生1,2

(1.安徽中医药大学药学院，安徽 合肥 230012；2.绿色高分子材料安徽省重点实验室，安徽 合肥 230601)

[摘要]以AgNO3和Na2CO3为原料通过沉淀法制备了Ag2CO3光催化剂，采用X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和紫外可见光谱(UV-Vis)对所制备的样品进行了表征，并考察了该光催化剂在紫外光照射下对亚甲基蓝(MB)的催化降解效果。结果表明，Ag2CO3的禁带宽度约为2.53 eV，经60 min紫外光催化反应，0.5 g·L-1Ag2CO3对40 mg·L-1的MB溶液的降解率达到97.7 %，比同等条件下TiO2的降解率高出31.1%。

[关键词]碳酸银；光催化剂；亚甲基蓝

随着染料工业的迅速发展，染料废水的排放量日益增加，导致环境污染不断恶化，解决染料废水的降解问题越来越引起人们的广泛关注。近年来，光催化降解技术因其绿色环保、价廉高效已成为有机污染物降解和净水处理方面的重要方法。TiO2是目前应用最为广泛的金属氧化物半导体催化剂，具有化学稳定性好、耐光腐蚀、对有机污染物选择性小和矿化程度高等优点[1]。然而，TiO2的光生电子和空穴易复合，导致量子产率低，制约着TiO2光催化效率的大幅提高[2]。因此，探索和开发高效的新型光催化剂是当今光催化领域的重要发展方向。

众所周知，许多银基化合物具有光敏感性，但却很少用于光催化领域，最近研究发现Ag3PO4、AgCl、AgBr、AgI和Ag2O等银基化合物表现出比传统TiO2更高的光催化活性[3-8]。但国内外对Ag2CO3的光催化活性方面的报道却很少[9-10]，本工作利用沉淀法合成了光催化材料Ag2CO3，并采用XRD、SEM、FTIR和UV-Vis对其结构进行了表征，同时考察了该光解剂在紫外光照射下对亚甲基蓝溶液的光催化降解效果。

1实验部分

1.1试剂和仪器

硝酸银(AgNO3，≥99.8%)，广东光华科技股份有限公司；碳酸钠(Na2CO3，≥99.2%)，潍坊海之源化工有限公司；氢氧化钠(NaOH，≥99.0%)，沧州凌翔化工有限公司；二氧化钛(TiO2，100%)，上海鸿运源化工有限公司；亚甲基蓝(C16H18N3S，≥99.5%)，上海源叶生物科技有限公司；实验所用的水均为蒸馏水。

使用北京普析通用仪器有限责任公司的XD-3型X射线衍射仪对样品的晶相组成等进行测试(Cu Kα辐射，λ = 1.5406Å)；采用日本日立公司的S-4800型扫描电子显微镜对样品的形貌进行观察；采用美国尼高力仪器公司的NEXUS-870型傅立叶红外光谱仪从400 ～ 4000 cm-1对样品进行红外吸收测试；采用日本日立公司的U-4100型紫外可见光谱仪对样品进行UV-Vis漫反射光谱测试。

1.2催化剂的制备

Ag2CO3样品是通过AgNO3水溶液和Na2CO3水溶液在室温搅拌下的沉淀反应来制备的。主要过程如下：将10 ml的 1 mol·L-1的AgNO3溶液加入烧杯中，磁力搅拌下，逐滴加入10 mL的0.5 mol·L-1的Na2CO3溶液，室温继续搅拌0.5 h，滴加NaOH溶液至pH > 10。静置后，有大量白色浑浊出现。常压过滤，用15 mL蒸馏水洗涤3次，在40 ℃真空干燥3 h，称重并置于干燥器内保存。理论重：1.37 g，实际重：1.037 g，产率：75.7 %。

1.3光催化降解实验

Ag2CO3样品的光催化活性是通过在室温紫外光照射下降解亚甲基蓝水溶液来评价的。实验采用自制的圆柱形石英玻璃管反应器，光源为300 W高压汞灯，最强辐射波长为365 nm。称取0.041 g Ag2CO3样品置于石英管中，然后移取80 mL的40 mg·L-1的MB溶液，在暗光条件下搅拌30 min，使光催化剂均匀悬浮于溶液中以达到吸附平衡，此时取样测定MB的UV-Vis吸收光谱，将波长为610 nm处的吸光度记为A0，MB溶液的浓度记为C0。开启光源，反应时间1.0 h，每隔10 min取样1次，离心分离除去Ag2CO3粉体，取上清液测定UV-Vis吸收光谱，λ = 610 nm的吸光度记为A，MB溶液的浓度记为C。计算MB的降解率η，η = (A0- A) / A0× 100 %。为了比较光解效果，选择TiO2在相同实验条件下进行光催化降解对比实验。

2结果与讨论

2.1催化剂的表征

2.1.1XRD分析

图1为所制备的Ag2CO3样品的XRD图，经与标准卡(JCPDS file No. 26-0339)对照，图中衍射角2θ为18.10°、20.16°、28.62°、32.22°、33.30°、34.56°、36.68°、39.20°、41.46°、43.96°、46.74°、48.14°、50.30°、51.14°、54.32°、55.72°、57.58°分别属于Ag2CO3的(020)、(110)、(011)、(-101)、(-130)、(111)、(200)、(031)、(222)、(131)、(230)、(211)、(-141)、(150)、(-231)、(231)、(060)各晶面的特征衍射峰，且峰形尖锐，没有其他杂峰的出现，说明样品的纯度较高。

2.1.2SEM分析

图2是所制备出的Ag2CO3样品的SEM图，从图中可以看出，Ag2CO3样品呈多面棒状形貌，平均尺寸在2-5 μm，表面较光滑，这将有利于Ag2CO3表面的染料吸附和电子迁移，从而提高其光催化活性[9]。

2.1.3FTIR吸收光谱

图3是所制备出的Ag2CO3样品的FTIR图，3180 cm-1、2987 cm-1处出现的吸收峰是由于吸附的水分子和羟基的伸缩振动引起的，这说明碳酸银表面吸附了水分子，而这些吸附水和羟基基团在光催化反应中将起到重要作用，它们将与催化剂表面激发产生的空穴发生反应，形成羟基自由基，从而在催化反应中将溶液中的有机基团氧化[11]。1450 cm-1、1369 cm-1处出现的强吸收峰是由于CO32-的伸缩振动引起的，883 cm-1、802 cm-1和708 cm-1处的吸收峰属于CO32-的弯曲振动峰。

2.1.4UV-Vis吸收光谱

图4是所制备出的Ag2CO3样品的紫外可见漫反射光谱图，从图中可以看出，Ag2CO3样品主要吸收紫外光，其吸收边波长λg= 490 nm，按Eg= 1240 / λg可估算催化剂的禁带宽度(Eg，eV)，结果显示Ag2CO3样品的禁带宽度约为2.53 eV，比文献报道的TiO2的禁带宽度3.20 eV要小[1]，说明Ag2CO3能吸收更多的光子，光利用率更高。

2.2Ag2CO3的紫外光催化活性

图5是不同光照时间下Ag2CO3样品降解MB溶液的UV-Vis吸收光谱图，可以看出，随着光照时间的延长，MB溶液在610 nm处的吸光度迅速降低，说明MB被光催化分解了。此外，MB溶液在250-380 nm区域的紫外吸收在降解过程结束后几乎完全消失，说明MB结构中的苯环和杂环被破坏，有机染料完全降解为小分子或离子产物[12]。

图6是紫外光照射下Ag2CO3和TiO2样品降解MB溶液的动力学曲线图，光照10 min后，Ag2CO3和TiO2对MB溶液的降解率分别为79.4 %和18.2 %，光照60 min后，MB的降解率分别为97.7 %和66.6 %，可以看出，Ag2CO3比TiO2对MB溶液表现出更高的紫外光催化活性。

3结论

采用沉淀置换法制备了一种新型的Ag2CO3光催化剂，利用红外、紫外、X射线衍射和扫描电镜对其结构进行了表征，光催化降解实验表明所制备的Ag2CO3样品对MB溶液表现出较好的降解效果，有望在染料废水的处理中得到应用。

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Synthesis, Characterization and Light-responsive Reactivity of Ag2CO3Photocatalyst

WANG Jiafeng1,2, GUI Zhiping1, SI Guifu1, JIA Yong1, ZHOU Shuangsheng1,2

(1.DepartmentofPharmacy,AnhuiUniversityofChineseMedicine,Hefei230012,China;2.AnhuiProvinceKeyLaboratoryofEnvironment-κfriendlyPolymerMaterials,AnhuiUniversity,Hefei230601,China)

Abstract：Ag2CO3was prepared by a simple precipitation reaction between Na2CO3and AgNO3. X-ray powder diffraction, scanning electron microscopy, Fourier transform infrared spectrometer and UV-vis diffuse reflectance spectrometer were employed to investigate the phase structure, micro morphology and absorbance of the as-κprepared sample. The photocatalytic activity of Ag2CO3was evaluated by means of the degradation of methylene blue aqueous solution under UV light irradiation. The results showed that the band gap of Ag2CO3was about 2.53 eV, and after 60 min UV photocatalytic reaction, the degradation rate of MB solution with initial concentration of 40 mg·L-1reached 97.7% by using 0.5 g·L-1Ag2CO3, which was better than that of TiO231.1% at the same experimental conditions.

Key words：Mathematics; Dilemma; Transformation; Enlightenment; Thinking

[收稿日期]2015-09-20

[基金项目]安徽省自然科学青年基金项目(1608085QH187)和绿色高分子材料安徽省重点实验室开放课题基金(2013KF001，201401006)资助

[第一作者简介]汪佳凤(1981-)，女，安徽桐城人，安徽中医药大学药学院讲师。

[中图分类号]G61

[文献标识码]A

[文章编号]1674-2273(2016)03-0045-04