Ag3PO4/Bi2WO6复合材料的制备及可见光降解罗丹明B

杨麒麟 马凤延

(齐齐哈尔大学化学与化学工程学院，齐齐哈尔大学，黑龙江 齐齐哈尔 161006)

半导体光催化降解有机污染物备受人们关注。在众多光催化剂中，Bi2WO6具有以下优点而备受关注。① 为n型且带隙较窄的半导体；② 由于其化学性质稳定、热稳定性好和无毒等优点，应用广泛[1～4]。Bi2WO6作为一种最简单的Aurivillius氧化物，具有WO6的类钙钛矿板和(Bi2O2)2+层形成的层状结构，显示出优异的可见光氧化水产O2和降解有机污染物活性[5]。然而，Bi2WO6也存在不足之处，这归因于其光生电子和空穴快速复合致使量子效率低。

作为新型光催化材料，Ag3PO4具有优异的光催化性能，这归因于其光生电子和空穴的有效分离。Ag3PO4具有非常高的氧化能力，在可见光照射下，Ag3PO4可光解水制氧和降解有机污染物[6, 7]。然而，由于Ag3PO4的光敏性和微溶于水等性质，致使其在光催化降解过程中易被光腐蚀和还原为弱活性Ag单质。因此，本论文以Bi2WO6为载体，期望合成新型Ag3PO4/Bi2WO6复合光催化剂，通过多种表征技术手段对其微观结构进行表征，并通过可见光降解染料罗丹明B(RB)来评价复合材料的光催化活性。

1 实验部

1.1 仪器与试剂

双光束紫外-可见分光光度计(TU-1901)，北京普析通用仪器有限公司；X-射线衍射仪，德国BRUKER-AXS。文中所用试剂均为分析纯。

1.2 合成步骤

1.2.1Bi2WO6的制备

将Na2WO4溶液滴加到Bi(NO3)3/HAc溶液中，出现白色悬浊沉淀，在室温条件下继续剧烈搅拌2 h，随后水热处理150 ℃并恒温20 h，然后冷却至室温，将沉淀物分别用二次水和乙醇洗涤3次，最后在真空干燥箱中80 ℃干燥24 h，即得到Bi2WO6。

1.2.2Ag3PO4/Bi2WO6的制备

将Na3PO4溶液滴加到AgNO3溶液中形成黄色沉淀，接着在室温条件下避光继续剧烈搅拌2 h。将1.2.1制备的Bi2WO6分散到黄色悬浊液中，继续避光搅拌2 h，分别用二次水和乙醇洗涤3次，最后在真空干燥箱中60 ℃干燥48 h，即得到黄绿色的Ag3PO4/Bi2WO6异质结构复合材料。

1.3 光催化实验

将催化剂(0.20 g)分散到新配制的RB溶液(220 mL、50 ppm)中，超声该悬浊液10 min，然后置于密封的石英反应器中，室温搅拌30 min，使催化剂在反应液中分散均匀且达到吸附-脱附平衡。该浊液用氙灯照射。通过循环冷凝水确保悬浊液的温度接近于室温。每隔一段时间取出一定量反应溶液，离心过滤，然后分析滤液。水溶液中RB的浓度通过紫外-可见分光光度计测定。

2 结果与讨论

2.1 催化剂的表征

通过XRD对样品的晶相结构进行表征。从图1中可知，通过水热法和沉淀法分别成功制备了Bi2WO6和Ag3PO4，他们分别具有单斜晶相结构(JCPDS73-1126)和立方晶相结构(JCPDS06-0505)；Ag3PO4/Bi2WO6复合材料不仅具有Bi2WO6的特征衍射峰，而且具有Ag3PO4的特征衍射峰，这表明Ag3PO4和Bi2WO6之间形成异质结构。

图1 样品的XRD图Fig 1 XRD patterns of samples

图2 样品的紫外-可见漫反射光谱Fig 2 UV-vis DRS of samples

Ag3PO4/Bi2WO6复合材料的光吸收性质通过紫外-可见漫反射光谱进行探究。如图2所示，Bi2WO6有一个从200 nm开始大约在450 nm处结束的陡峭吸收带，其吸收带来源于带隙跃迁[8]；而Ag3PO4的吸收边缘位于530 nm处，这与文献报道一致[9]。与Bi2WO6基体相比，Ag3PO4/Bi2WO6复合材料的可见光吸收带红移明显，意味着复合材料可吸收更多的可见光，可提高光催化剂的可见光活性。

2.2 可见光光催化性能研究

以染料罗丹明(RB)为模型分子考察Bi2WO6、Ag3PO4和Ag3PO4/Bi2WO6异质结构复合材料的光催化性能。

如图3所示，在可见光照射下，直接光解RB 180 min未发现其浓度变化。然而，可见光照射和光催化剂都存在的条件下，RB浓度明显降低；在可见光照射120 min后，Ag3PO4、Bi2WO6和Bi2WO6/Ag3PO4降解RB的转化率分别达到51.4%、64.8%和97.5%。上述结果表明，制备的Bi2WO6/Ag3PO4异质结构的复合材料对RB可见光光催化活性高于单体Bi2WO6和Ag3PO4，表现出高的光催化活性。复合材料的较高的光催化活性归因于两者形成的异质结构抑制了电子-空穴的复合，提高了量子效率，进而提高了可见光催化活性。

图3 可见光照射下不同催化剂对RB的降解图Fig 3 Photocatalytic activities of different photocatalysts toward RB under visible light irradiation

3 结 论

以Bi2WO6为载体，采用沉淀法成功制备了Ag3PO4/Bi2WO6复合材料，且Ag3PO4与Bi2WO6形成异质结构。与单体Ag3PO4和Bi2WO6相比，Ag3PO4/Bi2WO6复合材料显示出增强的可见光催化活性，这归因于其较多的可见光吸收和较高的电子-空穴分离效率。

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