第２３卷第５期２０１２年９月
化 学 研 究ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＲＥＳＥＡＲＣＨ
中国科技核心期刊ｈｘｅｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ＠ｈｙｊ
四氧化三铁包覆磷酸银复合光催化剂的可见光催化性能
邢阳阳，李 瑞，吕家明，董子铨，宗兰兰，毕勇胜，李秋叶＊，杨建军
（）河南大学特种功能材料重点实验室，河南开封４７５００４
摘 要：利用沉淀法制备了四氧化三铁包覆的磷酸银高效可见光催化剂；采用Ｘ射线粉末衍射仪、固体紫外可见以光催化降解亚甲基蓝（为漫反射光谱仪及荧光光谱仪分析了催化剂的晶体结构和光学性质．与此同时，ＭＢ）探针反应，对催化剂的可见光催化性能进行了考察．结果表明，质量分数）的复合催化剂对Ｆｅ％（３Ｏ４负载量为２但随着Ｆ催化剂的光催化活性有所下降．ＭＢ的降解率在６０ｍｉｎ时几乎达到１００％；ｅ３Ｏ４负载量的增加，关键词：四氧化三铁；包覆；磷酸银；复合光催化剂；光催化性能中图分类号：Ｏ６４３．３
文献标志码：Ａ
（）文章编号：１００８－１０１１２０１２０５－００６１－０５
ｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＰｈｏｔｏｃａｔａｌｔｉｃｏｆｆｅｒｒｏｆｅｒｒｉｃｏｘｉｄｅｅｎｃａｓｕｌａｔｅｄ －ｐｙｐ
ｃｏｍｏｓｉｔｅｃａｔａｌｓｔｓｕｎｄｅｒｖｉｓｉｂｌｅｓｉｌｖｅｒｈｏｓｈａｔｅ ｐｙｐｐ
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／Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＦｅｒｒｏｆｅｒｒｉｃｏｘｉｄｅｅｎｃａｓｕｌａｔｅｄｓｉｌｖｅｒＦｅＡＰＯｃｏｍｏｓｉｔｅｈｏｓｈａｔｅ（ｈｏｔｏｃａ － －ｐｇｐｐｐｐ３Ｏ４３４）ｔａｌｓｔｓｗｉｔｈａｃｔｉｖｉｔｗｅｒｅｂｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｃｒｓｔａｌｌｉｎｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｏｏｄｒｅａｒｅｄｒｅｃｉｉｔａｔｉｏｎ ｙｙｙｙｇｐｐｐｐ
，ｏｔｉｃａｌｒｏｅｒｔｉｅｓｒｅａｒｅｄｈｏｔｏｃａｔａｌｓｔｓｏｆａｓｗｅｒｅａｎａｌｚｅｄｂｍｅａｎｓｏｆＸｒａｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ －ｐ －ｐｐｐｐｐｙｙｙｙ ，ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔｖｉｓｉｂｌｅｌｉｈｔｄｉｆｆｕｓｅｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｓｅｃｔｒｏｍｅｔｒａｎｄｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｓｅｃｔｒｏｍｅｔｒ．Ｉｎｔｈｅ－ ｇｐｙｐｙ
，／ｍｅａｎｔｉｍｅｔｈｅａｃｔｉｖｉｔｏｆＦｅＡＰＯａｓｅｖａｌｕａｔｅｄｂｍｏｎｉｔｏｒｉｎｔｈｅｄｅｒａｈｏｔｏｃａｔａｌｔｉｃ －ｙｇｙｇｇｐｙ３Ｏ４３４ｗ ｄａｔｉｏｎｏｆｍｅｔｈｌｂｌｕｅ（ＭＢ）ｕｎｄｅｒｖｉｓｉｂｌｅｌｉｈｔｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ．Ｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｄｅｒａｄａｔｉｏｎ ｙｇｇ
／ｒａｔｅｏｆＭＢｂＦｅＡＰＯｃｏｍｏｓｉｔｅｃａｔａｌｓｔ（Ｆｅｌｏａｄｉｎ２％，ｍａｓｓｆｒａｃｈｏｔｏｃａｔａｌｚｅｄ －ｙｇｐｙｇｐｙ３Ｏ４３４３Ｏ４ ），ｔｉｏｎｒｅａｃｈｅｓｎｅａｒｌ１００％ｗｉｔｈｉｎ６０ｍｉｎ．Ｂｅｓｉｄｅｓｔｈｅａｃｔｉｖｉｔｏｆｔｈｅｃｏｍｏｓｉｔｅｈｏｔｏｃａｔａｌｔｉｃ ｙｙｐｐｙ ｃａｔａｌｓｔｄｅｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆＦｅｏａｄｉｎ． ｙｇ３Ｏ４ｌ
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但是伴随而来的环境污染问题也严重影 社会的快速发展使人们的生活水平得到了很大的改善和提高，
响到了人们赖以生存的环境．现如今，环境污染已经成为人类生存和生活中一个最为严重的问题之一．在光催化消除有机污染物被广泛的研究，被认为是缓解环境污染问题的一种有效和实用的方过去的４０年中，式之一．大部分传统的光催化剂只能吸收紫外线，例如二氧化钛，钛酸锶等．但是紫外线只占整个太阳能光谱的４％，而可见光占４发展高效的具有可见光响应的光催化剂是目前光催化领域的一项重要研３％．因此，
收稿日期：２０１２－０２－２４．
），），，基金项目：国家自然科学基金（高等学校博士点专项科研基金（河南大学科研基金（２１１０３０４２２０１１４１０３１２０００１２０１０ＹＢＺＲ０１３）２０１１年）度河南省基础教育教学研究课题（资助项目．Ｌ１１２５０２０２６
＊通讯联系人，，：作者简介：邢阳阳（男，硕士生，从事能源与环境光催化研究，ａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ．１９８７－）Ｅ－ｍａｉｌｌｂｓ＠ｙｑｙｙ
６２ 化 学 研 究２０１２年
究课题．具有可见光响应的光催化剂主要有两类：一类是对传统的紫外光催化剂进行修饰改性，如金属掺
］］］］］１－３４－７８－９１０－１２１３－１７
，，，，杂［非金属掺杂［半导体耦合［染料敏化［等；另一类是探索或设计新型的光催化剂［如
多金属氧化物，固溶体和有机半导体等．
大部分含银氧化物都具有可见光吸收性能，近年来受到了人们的广泛关注．含银氧化物的价带往往是由Ａ这使含银氧化物的价带上移而高于正常氧化物半导体的价带．因此，许多３ｄ和Ｏ２ｇｐ的杂化轨道构成，
］１３，１５，１８－２３
并已被广泛应用于光催化分解有机污染物中［含银氧化物能吸收可见光，．这些氧化物包括
，（／／ＡＮｂＯＡＬｉｉＡＳｒＮｂｉＡａｂＯＡＡｌＯＳｂＯｇｇｇｇｇｇ３，１３Ｔ２３Ｏ２（０．７５０．２５）０．７５Ｔ０．２５）０．７Ｎ０．３Ｎ３，２和Ａ３．
它在可见光分解水和染料降解中展现了优异的性能，其光ＡＰＯｇ３４被发现是一种新型的可见光催化剂，
］２４－２５
催化效率比目前所知的高效可见光催化剂还要高数十倍［已被．Ｆｅ３Ｏ４纳米颗粒由于其优良的磁性能，２６］
药物的定向传输和磁共振影像中［却很少应用到蛋白质的分离，．但是，Ｆｅ３Ｏ４还有一个非常重要的性质，６
，被研究，那就是它快速的导电性（电导率为１．可被看作是一种性能优良的导体．作者想利９×１０Ｓ·ｍ－１）
／空穴的分离率，以达到提高光催化性能用ＦｅｅＡＰＯｇ３Ｏ４良好的导电性和Ｆ３Ｏ４３４形成的异质结来提高电子－
并且利用Ｆ的目的，ｅ３Ｏ４的磁性来提高催化剂的分离和循环利用率．作者通过沉淀法制备了核壳结构的／以ＭＢ的光催化降解为探针反应对其光催化性能进行了考察，并通过ＸＦｅＡＰＯＲＤ，ｇ３Ｏ４３４复合光催化剂，
，ＵＶ－ＶｉｓＤＲＳＰＬ等手段对催化剂进行了系统的表征．
１ 实验部分
１．１ 样品的制备
·将１ｇ在５ＦｅＦｅＣｌ３Ｈ２Ｏ，３ｇ醋酸钠，１０ｍＬ油酸，３０ｍＬ乙二醇放入三颈烧瓶中，０℃下３Ｏ４的制备：３
磁力搅拌，反应２形成一种红色的溶液，然后转入高压反应釜中，在２０ｍｉｎ，００℃下反应２０ｈ．冷却至室温，离心分离，用蒸馏水、乙醇多次洗涤，在真空条件下干燥，得到黑色固体．／将１．反应３ｈ，过滤，用蒸馏水多次洗ＡＰＯ２１ｇＡＮＯ０ｍＬ１ｍｏｌＬＫＨ２ＰＯ ｇｇ３４的制备：３溶于１４溶液， 涤，真空干燥，得到黄色固体．／将０．然后加入１．ＦｅＡＰＯ０２ｇＦｅ０ｍＬ去离子水中，２１ｇｇ３Ｏ４３４复合催化剂的制备：３Ｏ４悬浮于３
／搅拌均匀，然后逐滴加入１离心、干燥，得到四氧化三铁负ＡＮＯ０ｍＬ１ｍｏｌＬＫＨ２ＰＯ ｇ３，４溶液至完全沉淀，
／载量为２％的ＦｅＡＰＯ％，１０％的催ｇ３Ｏ４３４复合催化剂．然后用上述相同的方法制备四氧化三铁负载量为５／／／化剂．样品分别记作ＦｅＡＰＯ２％；ＦｅＡＰＯ５％；ＦｅＡＰＯ１０％．ｇｇｇ３Ｏ４３４－３Ｏ４３４－３Ｏ４３４－
１．２ 表征仪器
，荷兰Ｐｈｉｌｉｓ公司Ｘ＇ＰｅｒｔＰｒｏＭＰＤ型Ｘ射线衍射仪（ＣｕＫ１５４０５６ｎｍ）Ｎｉ滤光片，管 α光源，λ＝０． ｐ
）压４日本Ｊ０ｋＶ，管流１００ｍＡ；ＳＭ５６００ＬＶ扫描电子显微镜；Ｈｉｔａｃｈｉ公司Ｕ－４１００型紫外－可见（ＵＶ－Ｖｉｓ 光谱仪；美国ＳＰＥＸ公司ＳＰＥＸＦ２１２荧光光谱仪． １．３ 催化剂的活性评价
以亚甲基蓝水溶液为模型污染物进行光催化活性评价．将０．１ｇ催化剂加到装有１００ｍＬ亚甲基蓝溶／，液（暗态吸附３１０ｍＬ）的石英反应器中，超声３０ｓ０ｍｉｎ以使催化剂表面达到吸附－脱附平衡，以ＰＬＳ－ｇ／／ＳＸＥ３００ＵＶ３００氙灯为光源．反应开始后，每隔５ｍｉｎ取样，样品经１００００ｒｍｉｎ高速离心２ｍｉｎ，采用 上海棱光７２２型分光光度计测定波长６６４ｎｍ处亚甲基蓝的吸光度．
２ 结果与讨论
２．１ 样品的形貌和晶体结构
图１为样品的扫描电镜照片．
从图１有球形的、有棒状的．粒径大小不均一，多为１～３μ颗粒ａ中可以看出ＡＰＯｍ，ｇ３４为不规则颗粒，
／表面光滑．图１ｂ为ＦｅＡＰＯ２％复合催化剂的扫描电镜照片．从图中可以看出，Ｆｅｇ３Ｏ４３４－３Ｏ４纳米颗粒尺寸均匀，大小为１００～２００ｎｍ；ＦｅＯｅｇ３Ｏ４均匀的负载在Ａ３Ｐ４的表面．作者原来的想法是制备以Ｆ３Ｏ４为核、
－１０
），壳结构的复合催化剂，但是由于Ａ成核速度非常快，ＡＰＯＰＯ１．０５×１０ｇｇ３４为壳的核－３４的Ｋｓｐ常数较大（所以很难形成核－壳结构的复合催化剂．在以后的工作中，作者准备尝试改变溶剂的类型、加入表面活性剂
第５期邢阳阳等：四氧化三铁包覆磷酸银复合光催化剂的可见光催化性能６３
等手段控制Ａ以期得到颗粒较小的核－壳结构的纳米材料．ＰＯｇ３
４的成核速度，
）／）图１ Ａ和Ｆ的扫描电镜照片ＰＯａｅＡＰＯ２％（ｂｇｇ３４（３Ｏ４３４－）／）Ｆｉ．１ ＳＥＭｉｍａｅｓｏｆＡＰＯａａｎｄＦｅＡＰＯ２％（ｂ ｇｇｇｇ３４（３Ｏ４３４－
／图２为样品的Ｘ从图中可以看出ＦＲＤ图谱，ｅＡＯＯｇｇ３Ｏ４３Ｐ４复合光催化剂与Ａ３Ｐ４具有相似的结构．
）），在３出现了微弱的Ｆ晶面的峰（并且随着Ｆ该峰峰强逐渐增加．５．４°ｅ３１１８８０８６６ｅ－３Ｏ４（３Ｏ４负载量的增加，／对比负载量分别为２％，可以发现随着Ｆ５％，１０％的三种ＦｅＡＰＯｅｇ３Ｏ４３４复合光催化剂，３Ｏ４负载量的增加，
ＡＰＯｇ３４的峰强逐渐减弱．２．２ 样品的光吸收性能
图３为样品的紫外－可见漫反射光谱，从图中可以看出，磷酸银的吸收带边在５４０ｎｍ．根据禁带宽度（／，与吸收带边（的关系（可以计算出ＡＥｇ）Ｅｇ＝１２４０Ｏ．３ｅＶ．由此可以看出λ） λ）ｇ３Ｐ４的禁带宽度为２ＡＰＯｅｇ３４具有很好的可见光吸收性能．黑色的Ｆ３Ｏ４纳米颗粒在紫外和可见光范围内均具有很强的吸收能／力．随着ＦｅＦｅＡＯ５０～８００ｎｍ范围内的光吸收能力有所增ｇ３Ｏ４负载量的增加，３Ｏ４３Ｐ４复合光催化剂在５强；当Ｆ该复合催化剂的光吸收性能几乎达到一致．作者还发现随着Ｆｅ％和１０％时，ｅ３Ｏ４的负载量为５３Ｏ４／负载量的增加，ＦｅＡＰＯＰＯｇｇ３Ｏ４３４
复合光催化剂的吸收带边与Ａ３４相比逐渐红移．
图２ 样品的Ｘ射线粉末衍射图谱Ｆｉ．２ ＸＲＤｏｆｔｈｅａｔｔｅｒｎｓｈｏｔｏ
ｃａｔａｌｓｔｓ ｇｐｐｙ
图３ 样品的紫外－可见漫反射光谱
Ｆｉ．３ ＵＶ－ＶｉｓＤＲＳｓｅｃｔｒａｏｆｔｈｅｈｏｔｏｃａｔａｌｓｔｓ ｇｐｐｙ
２．３ 样品的荧光（ＰＬ）
催化剂受光照射就会被激发产生电子－空穴对，如果激发态的电子不能迅速的转移出去，就会退激发重新与空穴复合，产生荧光．因此，荧光是可以用来评价电子－空穴分离几率的一种有效的工具．如图４所示，
５
在６荧光迅速下降；并且随ＡＰＯ８７ｎｍ处荧光达到１０．当ＡＰＯｅｇｇ３４本身的荧光很强，３４与Ｆ３Ｏ４复合之后，
着Ｆ荧光强度有规律地逐渐下降，说明Ｆ能够大大降ｅｅ３Ｏ４负载量的增加，３Ｏ４具有很强的转移电子的能力，
低Ａ空穴的复合几率．但是作者还发现，最大荧光发射峰的位ＰＯＡＰＯｅｇｇ３４激发态电子－３４与Ｆ３Ｏ４复合之后，置有很大差别，作者将在以后的工作中对这种奇特现象和机理进行深入的研究．２．４ 样品的光催化活性
以可见光下亚甲基蓝的光催化降解为指标反应对催化剂的光催化性能进行了评价，如图５所示．亚甲基蓝本身在可见光下的光解速度很慢，在６在０ｍｉｎ内仅仅降解了２％左右．加入ＡＰＯＢ迅速降解，ｇ３４后Ｍ
／在６３０ｍｉｎＭＢ的降解率达到１００％．加入ＦｅＡＯ２％后，０ｍｉｎＭＢ的降解率也几乎达到１００％． ｇ３Ｏ４３Ｐ４－
６４ 化 学 研 究２０１２年
／对于三种Ｆ活性并没有Ａ这可能是由于ＦｅＡＰＯＰＯｅｇｇ３Ｏ４３４复合光催化剂，３４本身的催化活性高，３Ｏ４纳米颗粒覆盖了Ａ阻碍了Ａ从而使光催化活性有所降低．并且随ＰＯＯＢ的有效接触，ｇｇ３４的表面活性位，３Ｐ４与Ｍ着Ｆ光催化性能逐渐下降．对于Ｆ它们在ｅｅ％、５％、１０％的复合光催化剂，３Ｏ４负载量的增加，３Ｏ４负载量为２／作者还发现Ｆ５０ｍｉｎ内对ＭＢ的降解率分别为９７％，８８％，８６％．最后，ｅＡＯｇ３Ｏ４３Ｐ
４复合光催化剂很容易被磁铁集中吸附到反应器的底部，这样倒掉上面澄清的反应废液后，加入新的染料溶液可以进行循环光催化反应．Ｆｅ３Ｏ４的磁性在光催化剂的循环使用中起到了非常重要的作用．
图４ 样品的荧光光谱
Ｆｉ．４ ＰＬｓｅｃｔｒａｏｆｔ
ｈｅｈｏｔｏｃａｔａｌｓｔｓ ｇｐｐｙ
图５ 催化剂在可见光下降解亚甲基蓝的活性曲线Ｆｉ．５ ＰｈｏｔｏｃａｔａｌｔｉｃａｃｔｉｖｉｔｏｆＭＢｄｅｒａｄａｔｉｏｎ ｇｙｙｇ
ｕｎｄｅｒｖｉｓｉｂｌｅｌｉｈｔｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ ｇ
／通过沉淀法制备了Ｆ扫描电镜照片显示ＦｅＡＰＯｅ 结论：ｇ３Ｏ４３４复合光催化剂，３Ｏ４纳米颗粒均匀地包覆
／紫外－可见漫反射光谱表明Ｆ随着在ＡＰＯｅＡＰＯｇｇ３４表面．３Ｏ４３４复合光催化剂具有很强的可见光吸收性能，可见光吸收强度逐渐增加；并且相对于ＡＦｅＯｇ３Ｏ４负载量的增加，３Ｐ４有逐步红移的趋势．荧光结果表明，
／这说明Ｆ有利ＦｅＡＰＯＰＯｅｇｇ３Ｏ４３４复合光催化剂的荧光强度比Ａ３４明显下降，３Ｏ４具有很强的电子转移能力，／于光生电子－空穴对的分离．光催化降解亚甲基蓝的结果表明三种ＦｅＡＰＯｇ３Ｏ４３４复合光催化剂均具有很好的光催化性能，Ｆｅ％、５％、１０％时，５０ｍｉｎ内ＭＢ的可见光降解率分别达到了９７％，８８％和３Ｏ４负载量为２８６％．参考文献：
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第５期邢阳阳等：四氧化三铁包覆磷酸银复合光催化剂的可见光催化性能６５
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