摘要：Ag3PO4具有极高的光催化氧化活性，该光催化剂可以实现对波长 420 nm 以上的光实现很好的吸收，量子效率高达 90％。然而尽管磷酸银具备优异的催化活性，但因为Ag3PO4能带结构的特殊性以及其在水中的微溶性，使其具有严重的光腐蚀现象，从而制约着Ag3PO4在实际中的应用。

本论文在纯相球状 Ag3PO4的基础上通过原位复合方法形成g-C3N4/Ag3PO4壳核型复合光催化材料。通过 X-射线衍射分析仪、扫描电镜、紫外--可见漫反射光谱仪（UV-vis DRS） 对样品的结构、形貌和禁带宽度进行表征，将样品在可见光下催化分解罗丹明B（RhB）对其光催化活性及循环稳定性进行测试，最后通过使用草酸铵、异丙醇、氮气作为捕获剂研究了样品的光催化反应机理。结果表明，g-C3N4/Ag3PO4复合样品光催化性能以及循环稳定性均有显著提升。

关键词  g-C3N4/Ag3PO4  光催化剂   异质结  光腐蚀

毕业设计说明书外文摘要

Title  Synthesis and photocatalytic activity of highly efficient binary g-C3N4/Ag3PO4 composite

Abstract：Ag3PO4 has a very high photooxidation activity, and it could harvest visible light  (>420 nm) with up to 90% quantum efficiency. However, despite the excellent catalytic activity of silver phosphate, owing to the special band structure of Ag3PO4 and its slightly solubility, it suffers serious photocorrosion phenomenon, restricting the application of Ag3PO4 in practice.

In this paper, the binary g-C3N4/Ag3PO4 composite photocatalytic materials were preapred based on pure-phase Ag3PO4 by an in-situ composite method. The samples were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy and UV-Vis diffuse reflectance spectroscopy. The photocatalytic activity and cycling stability of the samples were tested by photocatalytic decomposition of RhB under visible light irradiation. Finally, the photocatalytic mechanism of the samples was studied by using ammonium oxalate, isopropanol and nitrogen as trapping agents. The results showed that the photocatalytic performance and cycling stability of g-C3N4/Ag3PO4 composite samples were significantly improved.

Keywords  g-C3N4/Ag3PO4     photocatalyst  heterojunction  photodegradation

目   次

1引言 1

1.1 可见光催化剂 1

1.1.1  可见光催化剂的研究进展 1

1.1.2  光催化反应基本过程 2

1.2 Ag3PO4半导体光催化剂 2

1.2.1  Ag3PO4的结构与性质 2

1.3 g-C3N4半导体光催化剂 5

1.3.1  g-C3N4的结构与性质 5

1.3.2  g-C3N4的研究进展 6

1.4 本课题主要研究内容 6

2 实验内容及方法 7

2.1  实验原料和仪器 7

2.2  样品制备 8

2.2.1 Ag3PO4单相样品制备 8

2.2.2 g-C3N4单相样品制备 8

2.2.3 g-C3N4/Ag3PO4复合样品制备 9

2.3  结构与形貌的表征 10

2.4光催化性能测试 10

2.4.1 样品的光催化反应实验 10

2.4.2  样品的循环稳定性测试 11

2.5 自由基俘获实验 11

3 实验结果及分析 12

3.1  XRD分析 12

3.2 SEM 结果分析 12

3.3  UV-vis DRS结果分析 13

3.4  光催化性能分析 15

3.4.1  光催化降解结果分析 15

3.4.2  光催化循环稳定型结果分析 16

3.4.3  光催化机理实验结果分析 17

结  论 19

致  谢 20

参 考 文 献 21

1引言

1.1 可见光催化剂

1.1.1  可见光催化剂的研究进展

进入21世纪，随着现代工业迅速发展，在带来经济快速增长的同时，也留下许多环境问题，如工业废渣、废气和废水等工业“三废”的逐年增加，对环境造成的污染日益严重。另外，工业的快速发展对能源的需求量也在不断增加，而以煤、石油和天然气为代表化石能源是不可再生的，如果对这些能源过度开采和严重依赖，必将导致化石能源的枯竭，并且这些能源的使用也会产生严重污染[1]。目前，人类急需解决环境污染和能源短缺这两大问题。由于光催化剂通过利用光能产生催化作用，产生具有极强的氧化还原能力自由基，这些自由基几乎可以降解对环境有害的所有有机物以及部分无机物，从而实现利用丰富太阳能解决环境污染目的[2]。光催化剂也可以利用丰富的太阳能将水分解为H2和O2，而这两种的气体均可用作可再生能源。氢气和氧气不仅可用作使用燃料电池的便携式发电的气体，而且被普遍认为是工业中氢化和氧化反应的基石化学原料。通过将取之不尽用之不竭的太阳光作为能量，半导体光催化技术成为了一种解决当前人类面临的两大问题的很有希望的方案。