催化学报
催化學報
최화학보
Chinese Journal of Catalysis
2015年
12期
2178-2185
,共8页
余长林%白羽%何洪波%范文宏%朱丽华%周晚琴
餘長林%白羽%何洪波%範文宏%硃麗華%週晚琴
여장림%백우%하홍파%범문굉%주려화%주만금
棒状%钨酸铅微米晶%铂纳米粒子%光催化活性%光催化稳定性%表面等离子体%电子-空穴分离
棒狀%鎢痠鉛微米晶%鉑納米粒子%光催化活性%光催化穩定性%錶麵等離子體%電子-空穴分離
봉상%오산연미미정%박납미입자%광최화활성%광최화은정성%표면등리자체%전자-공혈분리
Rod-shaped%Lead tungstate microcrystals%Platium nanoparticles%Photocatalytic activity%Photocatalytic stability%Surface plasma%Electron-hole separation
PbWO4是一类重要的半导体,广泛运用于高能物理领域无机闪烁晶体.它具有许多独特的物理性能,如衰减时间短(10 ns)、能量密度高(8.28 cm3)、低光产率(300 photons/MeV)、短辐射长度(0.9 cm)和高抗辐照损伤等. PbWO4纳米晶体的激子荧光、热荧光和其它光学性能主要取决PbWO4晶体的形貌和微观结构.目前已经合成了不同结构的PbWO4纳米/微米晶体,如四角双锥微米晶、微米球、纳米棒、纳米纺垂体等.近年来, PbWO4的光催化性能也引起人们的重视.研究发现, PbWO4晶体的光催化性能和其形貌、微观结构密切相关.如在不同形貌的十四面体、三维多尺度微米球和纳米颗粒中, PbWO4微米球表现了极高的光催化活性.此外, PbWO4微米球由于密度大,非常容易分离,从而有利于其回收利用,在循环使用时具有很高的稳定性.因此,合成具有特殊形貌的PbWO4纳米/微米晶体具有重要的理论和现实意义.此外,合成贵金属/半导体复合纳米结构是提高光催化性能的另一有效策略.在贵金属/半导体复合纳米结构中,光生电子(e–)和(h+)的复合可以在很大程度上得到抑制,因为光生e–可以快速地迁移至贵金属颗粒中心,从而加速e–和h+的分离.本文利用水热结合焙烧法首先合成了长度大于1μm的棒状PbWO4微米晶.然后利用光化学沉积法,在PbWO4微米晶表面沉积不同含量(0.5 wt%,1 wt%,和2 wt%)的Pt纳米粒子.利用X射线衍射(XRD)、N2物理吸附、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、光电子能谱(XPS)、光致发光谱(PL)和紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis DRS)等手段对所制PbWO4和Pt/PbWO4进行了表征.表征结果表明,合成的PbWO4和Pt/PbWO4的比表面积很小(1.5–1.9 m2/g),沉积的Pt纳米粒子为金属态. UV-Vis DRS测试表明,沉积的Pt纳米粒子在光照下可以产生表面等离子共振,促进可见光的吸收.另外, PL的结果则证实Pt纳米粒子的存在还可抑制PbWO4晶体在光照下产生的光生e–和h+的分离.而XRD和高分辨TEM分析表明PbWO4微米棒的晶体生长方向为(–102)晶体方向.电子选区衍射表明,棒状PbWO4微米晶具有极高的结晶度.以氙灯为光源进行了光催化降解染料酸性橙II的光催化性能测试.结果表明,当沉积1–2 wt%Pt纳米粒子时,可使光催化活性提高2倍左右.另外, Pt/PbWO4微米棒的密度较大,非常容易进行离心分离催化剂及其循环使用.在第一次使用时酸性橙II的降解率为93%,而在第四次使用时酸性橙II的降解率仍维持在88%,表现出很好的光催化稳定性. Pt/PbWO4具有很高的光催化活性的原因,一方面是由于其具有很高的结晶度和独特的棒状结构,另一方面是由于沉积的Pt纳米粒子在光照下可以产生表面等离子共振,促进了可见光的吸收和光生e–与h+的分离.
PbWO4是一類重要的半導體,廣汎運用于高能物理領域無機閃爍晶體.它具有許多獨特的物理性能,如衰減時間短(10 ns)、能量密度高(8.28 cm3)、低光產率(300 photons/MeV)、短輻射長度(0.9 cm)和高抗輻照損傷等. PbWO4納米晶體的激子熒光、熱熒光和其它光學性能主要取決PbWO4晶體的形貌和微觀結構.目前已經閤成瞭不同結構的PbWO4納米/微米晶體,如四角雙錐微米晶、微米毬、納米棒、納米紡垂體等.近年來, PbWO4的光催化性能也引起人們的重視.研究髮現, PbWO4晶體的光催化性能和其形貌、微觀結構密切相關.如在不同形貌的十四麵體、三維多呎度微米毬和納米顆粒中, PbWO4微米毬錶現瞭極高的光催化活性.此外, PbWO4微米毬由于密度大,非常容易分離,從而有利于其迴收利用,在循環使用時具有很高的穩定性.因此,閤成具有特殊形貌的PbWO4納米/微米晶體具有重要的理論和現實意義.此外,閤成貴金屬/半導體複閤納米結構是提高光催化性能的另一有效策略.在貴金屬/半導體複閤納米結構中,光生電子(e–)和(h+)的複閤可以在很大程度上得到抑製,因為光生e–可以快速地遷移至貴金屬顆粒中心,從而加速e–和h+的分離.本文利用水熱結閤焙燒法首先閤成瞭長度大于1μm的棒狀PbWO4微米晶.然後利用光化學沉積法,在PbWO4微米晶錶麵沉積不同含量(0.5 wt%,1 wt%,和2 wt%)的Pt納米粒子.利用X射線衍射(XRD)、N2物理吸附、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、光電子能譜(XPS)、光緻髮光譜(PL)和紫外-可見漫反射吸收光譜(UV-Vis DRS)等手段對所製PbWO4和Pt/PbWO4進行瞭錶徵.錶徵結果錶明,閤成的PbWO4和Pt/PbWO4的比錶麵積很小(1.5–1.9 m2/g),沉積的Pt納米粒子為金屬態. UV-Vis DRS測試錶明,沉積的Pt納米粒子在光照下可以產生錶麵等離子共振,促進可見光的吸收.另外, PL的結果則證實Pt納米粒子的存在還可抑製PbWO4晶體在光照下產生的光生e–和h+的分離.而XRD和高分辨TEM分析錶明PbWO4微米棒的晶體生長方嚮為(–102)晶體方嚮.電子選區衍射錶明,棒狀PbWO4微米晶具有極高的結晶度.以氙燈為光源進行瞭光催化降解染料痠性橙II的光催化性能測試.結果錶明,噹沉積1–2 wt%Pt納米粒子時,可使光催化活性提高2倍左右.另外, Pt/PbWO4微米棒的密度較大,非常容易進行離心分離催化劑及其循環使用.在第一次使用時痠性橙II的降解率為93%,而在第四次使用時痠性橙II的降解率仍維持在88%,錶現齣很好的光催化穩定性. Pt/PbWO4具有很高的光催化活性的原因,一方麵是由于其具有很高的結晶度和獨特的棒狀結構,另一方麵是由于沉積的Pt納米粒子在光照下可以產生錶麵等離子共振,促進瞭可見光的吸收和光生e–與h+的分離.
PbWO4시일류중요적반도체,엄범운용우고능물리영역무궤섬삭정체.타구유허다독특적물이성능,여쇠감시간단(10 ns)、능량밀도고(8.28 cm3)、저광산솔(300 photons/MeV)、단복사장도(0.9 cm)화고항복조손상등. PbWO4납미정체적격자형광、열형광화기타광학성능주요취결PbWO4정체적형모화미관결구.목전이경합성료불동결구적PbWO4납미/미미정체,여사각쌍추미미정、미미구、납미봉、납미방수체등.근년래, PbWO4적광최화성능야인기인문적중시.연구발현, PbWO4정체적광최화성능화기형모、미관결구밀절상관.여재불동형모적십사면체、삼유다척도미미구화납미과립중, PbWO4미미구표현료겁고적광최화활성.차외, PbWO4미미구유우밀도대,비상용역분리,종이유리우기회수이용,재순배사용시구유흔고적은정성.인차,합성구유특수형모적PbWO4납미/미미정체구유중요적이론화현실의의.차외,합성귀금속/반도체복합납미결구시제고광최화성능적령일유효책략.재귀금속/반도체복합납미결구중,광생전자(e–)화(h+)적복합가이재흔대정도상득도억제,인위광생e–가이쾌속지천이지귀금속과립중심,종이가속e–화h+적분리.본문이용수열결합배소법수선합성료장도대우1μm적봉상PbWO4미미정.연후이용광화학침적법,재PbWO4미미정표면침적불동함량(0.5 wt%,1 wt%,화2 wt%)적Pt납미입자.이용X사선연사(XRD)、N2물리흡부、소묘전경(SEM)、투사전경(TEM)、광전자능보(XPS)、광치발광보(PL)화자외-가견만반사흡수광보(UV-Vis DRS)등수단대소제PbWO4화Pt/PbWO4진행료표정.표정결과표명,합성적PbWO4화Pt/PbWO4적비표면적흔소(1.5–1.9 m2/g),침적적Pt납미입자위금속태. UV-Vis DRS측시표명,침적적Pt납미입자재광조하가이산생표면등리자공진,촉진가견광적흡수.령외, PL적결과칙증실Pt납미입자적존재환가억제PbWO4정체재광조하산생적광생e–화h+적분리.이XRD화고분변TEM분석표명PbWO4미미봉적정체생장방향위(–102)정체방향.전자선구연사표명,봉상PbWO4미미정구유겁고적결정도.이선등위광원진행료광최화강해염료산성등II적광최화성능측시.결과표명,당침적1–2 wt%Pt납미입자시,가사광최화활성제고2배좌우.령외, Pt/PbWO4미미봉적밀도교대,비상용역진행리심분리최화제급기순배사용.재제일차사용시산성등II적강해솔위93%,이재제사차사용시산성등II적강해솔잉유지재88%,표현출흔호적광최화은정성. Pt/PbWO4구유흔고적광최화활성적원인,일방면시유우기구유흔고적결정도화독특적봉상결구,령일방면시유우침적적Pt납미입자재광조하가이산생표면등리자공진,촉진료가견광적흡수화광생e–여h+적분리.
Rod‐shaped PbWO4 microcrystals of length>1μm were fabricated by a hydrothermal route and subsequent calcination. Pt nanoparticles (NPs) of different contents (0.5 wt%, 1 wt%and 2 wt%) were subsequently deposited on the PbWO4 microcrystals, producing robust Pt/PbWO4 composite microcrystals. The PbWO4 microcrystals and Pt/PbWO4 photocatalysts were characterized by X‐ray diffraction, N2 sorption measurements, scanning electron microscopy, transmission electron mi‐croscopy, and X‐ray photoelectron, photoluminescence, Fourier‐transform infrared, and ultravio‐let‐visible diffuse reflectance spectroscopies. The photocatalytic performances of the catalysts were evaluated by the consecutive photocatalytic degradation of acid orange II dye. The Pt/PbWO4 com‐posite microcrystals exhibited high photocatalytic activity and stability. The deposition of Pt NPs produced surface plasmon resonance (SPR), which induced a large visible light absorption. A Pt NP content of 1?2 wt%resulted in an~2 times increase in photocatalytic activity, compared with the activity of Pt/PbWO4. The crystal structure and high crystallinity of PbWO4 resulted in its favorable photocatalytic property, and the SPR effect of the Pt NPs promoted visible light harvesting. The Pt NPs also enhanced the separation of photo‐generated electrons and holes, which further promoted the photocatalytic reaction.
