Ag沉積Bi₁₂O₁₇CI₂半導(dǎo)體制備及光催化活性研究

王曉方 張?zhí)煨? 孫俊榮 常飛

摘要：采用光原位還原法制備了一系列Ag沉積的氯氧化鉍（Ag/Bi₁₂O₁₇CI₂）二元復(fù)合半導(dǎo)體材料，并對其進行表征。x射線光電子能譜分析證實了樣品中存在Ag單質(zhì)，由于Ag顆粒的局部表面等離子體共振效應(yīng)使紫外可見漫反射光譜圖中可見光吸收能力明顯增強，掃描電子顯微鏡圖表明制備的材料具有納米片堆積形成的三維立體形貌。與純Bi₁₂O₁₇CI₂，樣品相比，復(fù)合材料可見光照射下對甲苯醇的光催化選擇性氧化性能明顯增強，這主要與復(fù)合材料中形成了金屬一半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)以及Ag的等離子體共振效應(yīng)相關(guān)。

關(guān)鍵詞：氯氧化鉍;Ag;光催化;等離子體共振

中圖分類號：0611.4文獻標(biāo)志碼：A

傳統(tǒng)的精細化學(xué)品合成過程通常能耗較高，需要高溫高壓等苛刻條件。如何通過改進催化過程以降低反應(yīng)活化能，使其能夠更安全、綠色的生產(chǎn)，成為人們努力的方向。近年來，光催化技術(shù)可以直接使用太陽能驅(qū)動，反應(yīng)條件更溫和，所用氧化劑更為綠色，引起了眾多研究者的關(guān)注。Bi系半導(dǎo)體催化劑是近年來研究較多的一種具有高度各向異性的層狀結(jié)構(gòu)材料，光催化性能優(yōu)異，但其帶隙結(jié)構(gòu)較寬且光生載流子復(fù)合嚴重。在眾多Bi系半導(dǎo)體催化劑中，氯氧化鉍（Bi₁₂O₁₇CI₂）是一種帶隙能較小，具有良好的可見光催化性能的富氧鹵氧化鉍材料，但純Bi₁₂O₁₇CI₂光生電子一空穴對的復(fù)合率較高，對污染物的降解性能較差。為進一步提高Bi₁₂O₁₇CI₂的可見光響應(yīng)，廣大研究人員對其進行了改性研究，其中采用不同合成方法引人金屬或非金屬組分制備Bil2017C12復(fù)合材料是一種有效的方法。

在半導(dǎo)體表面沉積金屬納米顆粒后，當(dāng)入射光的光子頻率與金屬中的等離子體振蕩頻率相同時，就會發(fā)生共振現(xiàn)象，從而對入射光產(chǎn)生很強的吸收，發(fā)生局域表面等離子體共振效應(yīng)（10calized surfaceplasmon resonance，LSPR）。不僅如此，金屬納米顆粒也可以作為捕獲光生電子的有效勢阱，抑制光生電子和空穴的復(fù)合，最終提高了光催化材料的催化性能。當(dāng)單質(zhì)金屬納米粒子沉積在半導(dǎo)體材料表面時，往往可以通過構(gòu)筑金屬一半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)獲得更優(yōu)異的可見光響應(yīng)和光催化性能。

本文通過溶劑熱法合成Bi₁₂O₁₇CI₂材料，隨后采用光原位還原法將不同含量的Ag沉積在Bi₁₂O₁₇CI₂材料表面，合成Ag/Bi₁₂O₁₇CI₂二元半導(dǎo)體復(fù)合材料，并對樣品進行微觀結(jié)構(gòu)和形貌的分析表征。通過研究材料的微觀結(jié)構(gòu)、物相組成以及光學(xué)性能，討論Ag/Bi₁₂O₁₇CI₂系列樣品對苯甲醇（C7H6O，BAD）選擇性催化氧化活性增加的原因。