磷酸銀微米粒子制備的設(shè)計(jì)

磷酸銀微米粒子制備的設(shè)計(jì)-課程設(shè)計(jì)磷酸銀微米粒子制備的設(shè)計(jì)摘要 本實(shí)驗(yàn)利用銀氨輔助法成功制備出了尺寸介于1-10Um范圍內(nèi)的立方體磷酸銀顆粒，然后用金相顯微鏡對(duì)其形貌進(jìn)行了表征，最后通過(guò)降解中基橙的實(shí)驗(yàn)研究了立方體磷酸銀的光催化性能。關(guān)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(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，導(dǎo)致大氣以及水污染越來(lái)越嚴(yán)重，全球的大氣污染和水資源短缺問(wèn)題日益突出。霧霾頻現(xiàn)、水資源短缺以及全球變暖使人們逐漸到環(huán)境問(wèn)題與人類(lèi)的生存和發(fā)展密切相關(guān)。為此，科學(xué)家研究和開(kāi)發(fā)了一系列用于環(huán)境污染物治理的新方法和新技術(shù)。研究發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體光催化材料在室溫條件下可以直接利用太陽(yáng)能來(lái)驅(qū)動(dòng)催化反應(yīng)，從而達(dá)到降解污染物的目的。因此，近年來(lái)半導(dǎo)體光催化材料在光催化方面的應(yīng)用越來(lái)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(zhì)發(fā)生變化的過(guò)程。對(duì)于半導(dǎo)體光催化劑的光催化機(jī)理如下圖所示：在不考慮熱激發(fā)和朵質(zhì)的作用時(shí)，半導(dǎo)體中的電子基本上處丁?價(jià)帶中，導(dǎo)帶中的電子數(shù)很少。當(dāng)用能量大于或者等于半導(dǎo)體禁帶寬度的光照射半導(dǎo)體時(shí)，原子外層價(jià)電子吸收足夠的光子能量，越過(guò)禁帶，進(jìn)入導(dǎo)帶，成為可以口由運(yùn)動(dòng)的口由電子。同時(shí)，在價(jià)帶留下一個(gè)口由空穴，即產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。他們分別具有很強(qiáng)的還原性和氧化性。一些自由電子和空穴會(huì)在半導(dǎo)體內(nèi)部或者表面發(fā)生復(fù)合，然后以熱能或者其他形式的能量釋放出來(lái)；還有一些口由電子和空穴會(huì)和吸附在半導(dǎo)體光催化劑表面的物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而降解污染物?，F(xiàn)階段被人們研處的最為透徹并在生活中應(yīng)用最為廣泛的莫過(guò)于TiO2光催化劑，因其降解污染物的能力較強(qiáng)，無(wú)毒無(wú)害，造價(jià)低廉，一直受到人們的廣泛關(guān)注。但是由丁?其禁帶寬度較寬（約為3.2ev），由半導(dǎo)體產(chǎn)生本征激發(fā)的條件可知：TiO2只能在波長(zhǎng)較短的紫外光的照射下發(fā)生光催化作用，而在太陽(yáng)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(yáng)光能利用率較低。為了更大限度地利用太陽(yáng)光，人們期待能開(kāi)發(fā)出更高效的可見(jiàn)光響應(yīng)型光催化劑。針對(duì)這一問(wèn)題，日本物質(zhì)與材料研究機(jī)構(gòu)光觸媒材料中心的葉金花教授研究發(fā)現(xiàn)具有比較窄的禁帶寬度的新型Ag3P04半導(dǎo)體光催化材料可以吸收580nm以下的太陽(yáng)光，在可見(jiàn)光中的量子產(chǎn)量高達(dá)90%,并11具有強(qiáng)大的氧化能力。因此，新型Ag3PO4半導(dǎo)體光催化材料具有很大的研究意義和潛在價(jià)值。二、實(shí)驗(yàn)部分2.1化學(xué)試劑硝酸銀(AgN03,分析純99$),濃氨水(25%-28%),磷酸氫二鈉，本實(shí)驗(yàn)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(wú)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(jí)立方磷酸銀粒子去除其溶液中多余的雜質(zhì)，對(duì)其進(jìn)行離心處理。去離子水和無(wú)水乙醇交替洗滌，各三次，每次lmin,轉(zhuǎn)數(shù)6000轉(zhuǎn)每分鐘。圖1立方磷酸銀的制備過(guò)程圖解反應(yīng)過(guò)程可有以下兩個(gè)反應(yīng)式表示：AgN03+2NH3.H20=[Ag(NH3)2]N03+2H203[Ag(NH3)2]N03+Na2HP04二Ag3PO4+2NaNO3+6NH3.H20三、結(jié)果和討論3.1立方磷酸銀顆粒的光學(xué)顯微圖像分析圖2顯示了不同標(biāo)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(shuō)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(biāo)尺為5Um的微米立方磷酸銀顆粒，邊長(zhǎng)大約為3.7Umo圖2不同標(biāo)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(dǎo)體磷酸銀顆粒的光催化性能，我們?cè)?0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(dǎo)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(duì)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(zhǎng)為4.1Um,最小邊長(zhǎng)為2.1Mm,平均邊長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)中所制備的磷酸銀粒子的光催化性能通過(guò)甲基橙降解實(shí)驗(yàn)來(lái)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(xiàn)如圖4所示，曲線(xiàn)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(xiàn)。首先，通過(guò)圖4,我們可以發(fā)現(xiàn)磷酸銀粒子都具有較好的光催化性能。其次，通過(guò)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(guò)以下公式可以計(jì)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(jīng)過(guò)可見(jiàn)光照射一段時(shí)間后測(cè)量的濃度值，t為降到某個(gè)濃度值所用的時(shí)間。在這里我們?nèi)r(shí)間為40min,分別計(jì)算不同磷酸銀樣品在前40min內(nèi)的降解甲基橙的平均降解速率：磷酸銀樣品編號(hào)12CO5mg/L5mg/LC(40min)2.5mg/L4.42mg/LR0.0610.009通過(guò)計(jì)算，前40min內(nèi)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(guān)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(shù)量，使得有機(jī)污染物在光催化劑表面的吸著過(guò)程變得更加容易,最終促進(jìn)了有機(jī)污染物與光致空穴的降解反應(yīng)。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(duì)在其本體或者表面的復(fù)合。也有文獻(xiàn)報(bào)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(jié)在本次課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中，我們通過(guò)銀氨輔助法成功制備了尺寸介于1-10Um范圍內(nèi)的立方磷酸銀顆粒。然后用金相顯微鏡對(duì)其形貌進(jìn)行了表征，并用n