钒酸银负载稀土元素薄膜的制备及其光催化活性研究

【摘要】：近年，随着水环境中的有机物污染日益加剧，半导体光催化技术作为最有前景的方法之一，受到越来越多的科研工作者的青睐。目前，TiO2是最为常见的半导体光催化剂，但其相对较大的禁带宽度（3.2eV），使得它不能利用太阳光中占很大比例的可见光。因此，开发新型的可见光型催化剂就成为当今光催化领域的热点。 本文采用水热法制备钒酸银（Ag_3VO_4）颗粒，在此基础上，采用浸渍法合成了负载稀土金属（Nd，Ce）的Ag_3VO_4光催化粉体材料。利用手术刀刮涂法在FTO基底上得到Ag_3VO_4负载稀土金属（Nd，Ce）薄膜，以解决Ag_3VO_4粉体在水体系中难分离、回收的问题。同时，为了增加薄膜的粘附性，本文研究了PEG的添加问题。通过SEM，EDS，XRD，XPS及UV-vis吸收光谱等分析方法对Ag_3VO_4薄膜负载Nd、Ce前后进行表征。光催化降解实验以罗丹明B（RhB）作降解底物，并在可见光照射下，分别研究了Nd和Ce负载质量比对光催化降解活性的影响，而且研究了煅烧温度对Ag_3VO_4负载Ce薄膜的影响。结果表明： 水热制备Ag_3VO_4的过程中，水热时间的增加有利于单一的单斜晶Ag_3VO_4相的生成，且水热时间为6h，出现单一的单斜晶Ag_3VO_4相。通过实验证实了PEG虽然增加薄膜的粘性，但会影响Ag_3VO_4薄膜光催化性能，制膜过程不适合添加PEG。Nd的负载量对Ag_3VO_4负载Nd薄膜的光催化性能影响很大，其最佳负载量为2wt%。 Ag_3VO_4负载Ce薄膜中Ce以Ce~(3+)和Ce~(4+)两种氧化物形式存在。Ag_3VO_4负载Ce薄膜对可见光吸收增强, Ce负载量为4wt％的Ag_3VO_4薄膜禁带宽度为2.15eV。Ag_3VO_4负载Ce薄膜的光催化性能都优于纯Ag_3VO_4和P25薄膜，当Ce掺杂量为4wt%时，Ag_3VO_4负载Ce薄膜活性最好。可见光照5h，被降解的RhB达到95%。薄膜最佳煅烧温度为300℃。