【摘 要】
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在光催化研究中,一般的光催化半导体对太阳光的吸收范围仅占极小一部分,而且在光照不良或者黑暗条件下无法有效地发挥出催化作用。因此在本研究中采用蓄光光催化剂的概念以实现光催化剂的全天候降解。将荧光体与半导体光催化剂结合起来,这种组合可以使光催化剂在黑暗的环境下也能维持一定的活性从而达到全天候催化的目的。事实上,荧光体在这个蓄光光催化组合中起到了"光电池"的作用,在光能照射的过程中收集并储存光能,随后在
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在光催化研究中,一般的光催化半导体对太阳光的吸收范围仅占极小一部分,而且在光照不良或者黑暗条件下无法有效地发挥出催化作用。因此在本研究中采用蓄光光催化剂的概念以实现光催化剂的全天候降解。将荧光体与半导体光催化剂结合起来,这种组合可以使光催化剂在黑暗的环境下也能维持一定的活性从而达到全天候催化的目的。事实上,荧光体在这个蓄光光催化组合中起到了"光电池"的作用,在光能照射的过程中收集并储存光能,随后在处于完全黑暗的环境下重新发射出光,用以激发半导体光催化剂。这使得荧光体与半导体光催化剂组成的复合催化剂(即蓄光光催化剂)即使在不稳定的光源刺激环境条件下也能发挥其催化作用,从而实现全天候光催化的目的。文中制备新型蓄光型光催化剂。首先制备一种异质结g-C3N4@Ag3PO4,此种异质结与单一的g-C3N4相比,大大拓展了对光源的吸收范围。X%Ag3PO4@g-C3N4的催化性能随Ag3PO4@g-C3N4比值的增加而提高。在Ag3PO4占比为10wt%时达到最佳水平,之后催化效率逐渐下降。在50 min的降解测试中Ag3PO4,g-C3N4和10%Ag3PO4@g-C3N4对Rh B的降解率分别为36.82%、77.71%和94.75%。而后将其与光照射后展现出蓝绿色磷光(510 nm)的荧光体相结合(Sr Al2O4:Eu2+,Dy3+)。正是异质结的构建,在提高对可见光吸收的同时也增强了对荧光体发射的荧光的吸收能力。研究结果表明复合蓄光光催化剂能够在可见光刺激下发挥出高效的光催化活性。对于Ag3PO4@g-C3N4/Sr Al2O4:Eu2+,Dy3+复合蓄光型光催化剂,在Rh B染料在整个实验中,整体黑暗期间的降解率约占整个降解的21%,在光照条件下降解率约为45%,初始吸附降解率约为33%。将蓄光型光催化剂负载在3D打印的分形载体上。在找到半导体催化剂与荧光体的正确的组合和具有最大效率的最佳比例后,通过将其负载在具有高比表面积,通过3D打印出的载体上以优化其结构的稳定性以及实现高效可行的回收再利用。催化剂的固定化负载过程是通过液相等离子体辅助接枝(APPAG)过程实现的,该过程采用冷等离子体放电(CPD)预处理树脂载体以及使用乙烯基磷酸(VPA)作为偶联剂。蓄光光催化剂在负载固定前,显示出胶体光催化剂催化相(g-C3N4@Ag3PO4)和荧光体之间部分物理分离的问题,但将复合催化剂负载在聚合物载体上就解决了这个问题。通过光降解实验,在催化剂极少的情况下(少于5 mg),对罗丹明B的降解率仍为71.62%,并且经历了四次循环后,催化效率仅下降了8.15%。由此可见,负载型蓄光光催化材料具有较高的催化活性,特别是在黑暗条件下,也能有显著的催化效果,以及相当不错的光稳定性。本论文所制备出的蓄光光催化材料具有全天候的催化活性,不仅为实现光催化剂全天候实现催化性能提供了思路,同时其负载过程也为制造用于水净化的聚合物基光敏板提供了新的前景。此外蓄光型光催化剂固定负载于聚合物载体上,还有助于后续的回收和再利用,新型负载型催化剂为拓展光催化技术应用范围提供了一定参考价值。
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