磷酸銀微米粒子制備的設計

磷酸銀微米粒子制備的設計-課程設計磷酸銀微米粒子制備的設計摘要 本實驗利用銀氨輔助法成功制備出了尺寸介于1-10Um范圍內的立方體磷酸銀顆粒，然后用金相顯微鏡對其形貌進行了表征，最后通過降解中基橙的實驗研究了立方體磷酸銀的光催化性能。關鍵詞：微米磷酸銀銀氨輔助法甲基橙光催化一、介紹隨著全球經濟的快速發(fā)展，工業(yè)化進程的不斷推進，導致大氣以及水污染越來越嚴重，全球的大氣污染和水資源短缺問題日益突出。霧霾頻現、水資源短缺以及全球變暖使人們逐漸到環(huán)境問題與人類的生存和發(fā)展密切相關。為此，科學家研究和開發(fā)了一系列用于環(huán)境污染物治理的新方法和新技術。研究發(fā)現半導體光催化材料在室溫條件下可以直接利用太陽能來驅動催化反應，從而達到降解污染物的目的。因此，近年來半導體光催化材料在光催化方面的應用越來越受到人們的重視。所謂光催化就是指在光照下觸媒被激發(fā)，促使與觸媒接觸的物質發(fā)生變化的過程。對于半導體光催化劑的光催化機理如下圖所示：在不考慮熱激發(fā)和朵質的作用時，半導體中的電子基本上處丁?價帶中，導帶中的電子數很少。當用能量大于或者等于半導體禁帶寬度的光照射半導體時，原子外層價電子吸收足夠的光子能量，越過禁帶，進入導帶，成為可以口由運動的口由電子。同時，在價帶留下一個口由空穴，即產生電子-空穴對。他們分別具有很強的還原性和氧化性。一些自由電子和空穴會在半導體內部或者表面發(fā)生復合，然后以熱能或者其他形式的能量釋放出來；還有一些口由電子和空穴會和吸附在半導體光催化劑表面的物質發(fā)生氧化還原反應，從而降解污染物?，F階段被人們研處的最為透徹并在生活中應用最為廣泛的莫過于TiO2光催化劑，因其降解污染物的能力較強，無毒無害，造價低廉，一直受到人們的廣泛關注。但是由丁?其禁帶寬度較寬（約為3.2ev），由半導體產生本征激發(fā)的條件可知：TiO2只能在波長較短的紫外光的照射下發(fā)生光催化作用，而在太陽光中紫外光所占的比重大約為3%-5%,使得Ti02光催化劑的太陽光能利用率較低。為了更大限度地利用太陽光，人們期待能開發(fā)出更高效的可見光響應型光催化劑。針對這一問題，日本物質與材料研究機構光觸媒材料中心的葉金花教授研究發(fā)現具有比較窄的禁帶寬度的新型Ag3P04半導體光催化材料可以吸收580nm以下的太陽光，在可見光中的量子產量高達90%,并11具有強大的氧化能力。因此，新型Ag3PO4半導體光催化材料具有很大的研究意義和潛在價值。二、實驗部分2.1化學試劑硝酸銀(AgN03,分析純99$),濃氨水(25%-28%),磷酸氫二鈉，本實驗中所用的水均為去離子水。2.2銀氨輔助法制備微米立方磷酸銀顆粒銀氨溶液的配置：取0.100.硝酸銀溶F適量去離子水中，然后滴加168ul濃氨水(25%-28%)溶液，形成無色透明溶液。立方磷酸銀的制備：在60將0.07g磷酸氫二鈉(Na2HP04)溶于適量去離子水中。然后將磷酸氫二鈉溶液直接和上述銀胺溶液混合，劇烈攪拌30min,生成黃色沉淀。為了提純微米級立方磷酸銀粒子去除其溶液中多余的雜質，對其進行離心處理。去離子水和無水乙醇交替洗滌，各三次，每次lmin,轉數6000轉每分鐘。圖1立方磷酸銀的制備過程圖解反應過程可有以下兩個反應式表示：AgN03+2NH3.H20=[Ag(NH3)2]N03+2H203[Ag(NH3)2]N03+Na2HP04二Ag3PO4+2NaNO3+6NH3.H20三、結果和討論3.1立方磷酸銀顆粒的光學顯微圖像分析圖2顯示了不同標尺下微米磷酸銀顆粒的金相顯微鏡圖像。首先，從圖2中，我們可以很容易看到制備的磷酸銀顆粒具有很規(guī)則的立方形貌。從圖2(a)中，可以看出立方磷酸銀顆粒的尺寸大致相同，說明我們所制備的立方磷酸銀顆粒具有很好的均一性。圖2(b)為標尺為5Um的微米立方磷酸銀顆粒，邊長大約為3.7Umo圖2不同標尺下的立方磷酸銀顆粒形貌圖為了研究立方規(guī)則形貌的和不規(guī)則形貌的半導體磷酸銀顆粒的光催化性能，我們在60攝氏度下分別制備了立方規(guī)則形貌的和不規(guī)則形貌的半導體磷酸銀顆粒。如圖3所示，(a)和(b)是60攝氏度下具有立方規(guī)則形貌和不規(guī)則形貌的磷酸銀顆粒圖像，(c)是60攝氏度下具有不規(guī)則形貌磷酸銀顆粒的圖像，(d)是對立方規(guī)則形貌磷酸銀顆粒所做的粒徑分布圖。從圖3(d)中，我們可以看出立方規(guī)則形貌磷酸銀顆粒最大邊長為4.1Um,最小邊長為2.1Mm,平均邊長為3.2Um。圖360攝氏度下不同形貌的磷酸銀顆粒金相顯微圖3.2磷酸銀光催化劑的光催化性能研究在本實驗中所制備的磷酸銀粒子的光催化性能通過甲基橙降解實驗來表征。甲基橙初始濃度為5mg/L,光催化劑均取50mgo圖4不同磷酸銀樣品甲基橙降解活性曲線如圖4所示，曲線1和2分別表示立方規(guī)則形貌磷酸銀和不規(guī)則形貌磷酸銀樣品甲基橙降解活性曲線。首先，通過圖4,我們可以發(fā)現磷酸銀粒子都具有較好的光催化性能。其次，通過比較分析，可以看出具有立方規(guī)則形貌磷酸銀的光催化劑光催化性能耍優(yōu)丁■具有不規(guī)則形貌的磷酸銀的光催化性能。通過以下公式可以計算不同磷酸銀樣品降解甲基橙的平均降解速率(R):C0?CR?t其中CO為甲基橙的初始濃度，C為經過可見光照射一段時間后測量的濃度值，t為降到某個濃度值所用的時間。在這里我們取時間為40min,分別計算不同磷酸銀樣品在前40min內的降解甲基橙的平均降解速率：磷酸銀樣品編號12CO5mg/L5mg/LC(40min)2.5mg/L4.42mg/LR0.0610.009通過計算，前40min內立方規(guī)則形貌磷酸銀的平均降解速率是不規(guī)則形貌磷酸銀的平均降解速率的6.8倍。我們得出磷酸銀粒子的光催化性能在很大程度上和磷酸銀粒子的形貌有直接關系。立方體形貌的磷酸銀在其表面有大量規(guī)則的角和邊，這可能有效地增加了其表面光催化活性中心的數量，使得有機污染物在光催化劑表面的吸著過程變得更加容易,最終促進了有機污染物與光致空穴的降解反應。另外具有規(guī)則立方體形貌的磷酸銀可能在某些程度上阻止了一部分光生電子-空穴對在其本體或者表面的復合。也有文獻報道，磷酸銀立方晶體具有更高光催化活性的原因是其(100｝晶面具有很高的表而能。四、小結在本次課程設計實驗中，我們通過銀氨輔助法成功制備了尺寸介于1-10Um范圍內的立方磷酸銀顆粒。然后用金相顯微鏡對其形貌進行了表征，并用n