半导体光催化降解有机污染物技术研究 本章通过自由基捕获实验确定在Ag3PO4/PBN光催化降解有机污染物的体系中主导的活性氧化物种。 环境问题关系着每个人的生活，半导体光催化技术作为一种能够绿色、环保的解决环境污染的手段受到人们的关注[92-95]。 二氧化钛（TiO2）具有廉价、光催化活性强等优点，受到研究者最多的研究[96-98]。 但是，其本身存在狭窄光响应范围狭窄、量子效率低、纳米颗粒团聚等缺陷，极大限制了它的实际应用[99-100]。 2010年，日本的叶金花教授等人[10]报道了一种新型光催化剂（Ag3PO4），Ag3PO4光催化剂在可见光照射下产生高达90%的量子效率。 但Ag3PO4存在成本高、易光腐蚀等缺点，大量研究人员针对以上问题进行研究[101-104]，已经有研究发现可以通过改变Ag3PO4的形貌[105-107]、贵金属沉积[108-109]、与其他半导体偶联[110-111]等方法改善以上问题。 孙秀玲使用原位沉积法制备出WO3/Ag/Ag3PO4复合材料，WO3/Ag/Ag3PO4复合材料的催化性能优异，磷酸银含量为83%时催化性能最佳，在4min时可以将RhB完全降解。 汤春妮采用煅烧-沉积-光照还原法制备了g-C3N4/Ag/Ag3PO4复合光催化剂，在模拟太阳光照射下，g-C3N4/Ag/Ag3PO4复合光催化剂10min内可以将MB降解99.94%。 g-C3N4/Ag/Ag3PO4复合光催化剂光催化性能优异是因为LSPR效应抑制光生载流子的复合、拓宽光响应范围和增强光吸收强度以及电子能量、同时减少光腐蚀和溶解性导致稳定性提高。 自2004年石墨烯被发现，二维材料成为新的研究热点，此后越来越多的二维材料如：MoS2、氧化石墨烯、石墨烯等被人们不断发现，因为它们具有良好的导电性、较大的比表面积、高各向异性等优点，二维材料被应用于光催化污染物降解中。 多孔氮化硼（PBN）是一种十分常见的与石墨烯结构类似的物质，也被称为白色石墨烯，具有极其大的比表面积，而且PBN层中的B-N键比石墨烯中的C-C键更强，导致PBN具有高硬度(15-24kgmm-2)、高导电性(~6600WmK-1)、高热稳定性、高化学稳定性等特点。 可以有效地转移光载流子，从而增强光催化活性，同时PBN具有高比表面积、丰富的孔结构，可以将水中的污染物大量吸附到活性位点处，促进催化反应的进行。 从图4-12可知，在反应体系中添加AgNO3后，光催化剂的催化性能几乎没有受到什么影响，说明在此光催化体系中，e-不是主要的活性氧化物质。 但当添加IPA、BQ和EDTA-2Na时，可以观察到催化剂的催化性能有着明显的下降，说明·OH、h+和·O2-在Ag3PO4/PBN-70可见光催化降解RhB的过程中是主要活性氧化物质。 根据以上实验结果，提出了在可见光照射下Ag3PO4/PBN复合光催化剂对RhB的光催化机理，如图4-13，当Ag3PO4/PBN复合光催化剂受到一定的可见光照射时，Ag3PO4价带上的电子被激发形成光电子，光电子会向导带做定向运动，导带上就会充满电子，而价带就会产生空穴。 在纯Ag3PO4光催化过程中，产生的光电子与空穴很容易复合。 在加入PBN后，PBN的导电能力很强，Ag3PO4产生的光生电子会被PBN捕获，降低电子空穴复合率，光生电子会通过PBN表面转移到氧气上产生超氧自由基，水中电离出的氢氧根会在价带上被空穴氧化成羟基自由基。 因此Ag3PO4/PBN复合光催化剂中PBN可以促进电子转移，从而提高催化剂的催化能力。 本章采用原位沉淀法将磷酸银沉积到PBN上，制备了不同含量PBN的Ag3PO4/PBN复合光催化剂，使材料光催化性能增强。 当PBN的含量为70mg时催化剂的催化效果最佳，0.03g光催化剂在可见光下降解50mLRhB溶液(30mg/L)，光照10min后RhB降解率达到99.5%。
