Ag2OTiO2納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的增強型紫外-可見光的光催化活性教學(xué)文稿

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。Ag2OTiO2納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的增強型紫外-可見光的光催化活性-提高Ag2O/TiO2納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的增強型紫外-可見光的光催化活性的Ag2O/TiO2納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)摘要:以經(jīng)過表面改性后的TiO2納米帶作為基質(zhì)材料，通過簡單實用的共沉淀法，合成了在紫外和可見光區(qū)具有高光催化活性的Ag2O/TiO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)，通過簡單實用的共沉淀法用經(jīng)過表面改性后的TiO2納米帶作為基質(zhì)材料來合成。所制備的異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料包括在TiO2粗糙納米帶表面聚集均勻的地組裝Ag2O納米粒子。這種復(fù)合光催化劑TiO2和Ag2O之間有廣泛

2、的重量比，在紫外光和可見光的照射下，分解甲基橙溶液時，表現(xiàn)出更強的光催化活性。根據(jù)X-射線衍射圖譜、熒光光譜、漫反射紫外可見光譜的特征描繪，提出了兩種機理來解釋Ag2O/TiO2納米帶異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光催化活性。關(guān)鍵詞：二氧化鈦納米帶、氧化銀/二氧化鈦異質(zhì)結(jié)構(gòu)、光催化活性、電子捕獲劑、可見光催化作用簡介：二氧化鈦作為半導(dǎo)體光催化劑，自1972年FujishimaandHonda在二氧化鈦電極上發(fā)現(xiàn)能光催化裂解水以來，被廣泛的研究。近年來，二氧化鈦光催化劑的應(yīng)用主要集中在分解受污染水體和氣體中的有毒有害有機污染物上，這在環(huán)境保護方面是相當(dāng)重要的。雖然取得了顯著地發(fā)展，但光生電子和光生電子空穴對的高重組

3、率限制了其在工業(yè)上的進一步應(yīng)用。二氧化鈦在紫外光照射下，最高價能帶的電子將躍遷至導(dǎo)帶并且生成導(dǎo)帶電子和價帶空穴。多數(shù)情況下，我們知道的重組過程僅僅是導(dǎo)帶空穴和導(dǎo)帶電子重組并放出光和熱量。重組的原因是低量子產(chǎn)率，俘獲光電子一直被看做是半導(dǎo)體催化劑減少電荷重組的有效機理。很多研究表明，過渡金屬及其氧化物的精細顆粒分散在光催化劑基質(zhì)的表面，可以作為光催化劑上的電子陷阱來提高其光催化活性。在理想系統(tǒng)中，量子產(chǎn)率與電子轉(zhuǎn)移率成正比，與電子轉(zhuǎn)移總率和電子空穴重組率成反比。在電極上涂布帶正電和的二氧化鈦納米粒子，可抑制電子空穴重組率，原因是該電極可充當(dāng)光生電子的電子庫。雖然這種應(yīng)用已經(jīng)取得了一定程度上的成功

4、，但是真正的潛在過程由于阻力路線相對較長，反應(yīng)的表面積低，還沒有完全實現(xiàn)。二氧化鈦在實際應(yīng)用中的另一個主要缺點是缺乏在可見光輻射下的利用，因為二氧化鈦有很寬的帶隙（銳鈦礦型是3.2電子伏，金紅石型是3.0電子伏）。為解決這一問題，最近許多研究人員都在進行提高二氧化鈦光催化活性和可見光利用率的研究，如摻雜、金屬化、敏化。此外，光催化劑的回收利用也是亟待解決的問題。光催化反應(yīng)過后，二氧化鈦粒子（如P-25）由于其納米尺寸大小，從大量水中的去除是個問題。所以，開發(fā)具有易分離特性的二氧化鈦光催化劑，用于在紫外光（290-400納米）和可見光（400-700納米）輻射條件下下以提高光催化活性，具有很大的

5、意義。這里，我們發(fā)現(xiàn)一種新型的氧化銀/二氧化鈦納米帶，可以有效的抑制在紫外光照射下電子空穴重組比率。同時，氧化銀/二氧化鈦異質(zhì)結(jié)構(gòu)還具有明顯的光催化活性。在二氧化鈦光催化劑上負(fù)載貴重金屬離子如鉑、金、鈀，可以提高光催化活性。尤其是，納米銀粒子沉積在二氧化鈦光催化劑上，通過蕭特基勢壘導(dǎo)帶電子捕獲和接下來延長電子空穴對的壽命，可以很大程度上提高光催化劑的光催化性。然而，卻僅有很少的關(guān)于氧化銀納米粒子在二氧化鈦光催化中的應(yīng)用的報道。氧化銀粒子常用于水清洗劑、著色劑、催化劑。該文中，我們證明氧化銀納米粒子在在氧化銀/二氧化鈦協(xié)同光催化系統(tǒng)中，在紫外光照射下可作為有效的電子吸收劑，在可見光照射下作為有效

6、的感光劑。氧化銀納米粒子通過共沉淀法負(fù)載在二氧化鈦納米帶的表面，形成氧化銀/二氧化鈦異質(zhì)結(jié)構(gòu)。這里，二氧化鈦納米帶是作為測試材料，因為一維納米結(jié)構(gòu)較納米粒子有優(yōu)勢，如提高可見光散射和吸收、提高電子沿運動方向的無阻力擴散速率、低的晶界數(shù)量等。Ag2O/TiO2納米帶光催化活性的研究是通過在紫外-可見光照射下分解甲基橙來實驗完成的，我們從下圖中討論Ag2O/TiO2納米帶在紫外光和可見光照射下兩種不同的光催化機理。實驗部分：材料：二氧化鈦（80%銳鈦型，20%金紅紅石型）、氫氧化鈉、鹽酸、硫酸、硝酸銀購自中國醫(yī)藥公司。所有化學(xué)藥品符合標(biāo)準(zhǔn)，沒有進一步凈化。本研究中所用水為去離子水。二氧化鈦納米帶的

7、準(zhǔn)備：熱液酌法（水熱法）在濃氫氧化鈉水溶液中合成二氧化鈦納米帶，前體用商用二氧化鈦（P-25)。應(yīng)為：二氧化鈦納米帶以P25作前體，通過濃氫氧化鈉水熱法合成。標(biāo)準(zhǔn)典型的合成過程如下：0.1克P-25與20毫升10摩爾/升的氫氧化鈉水溶液混合，180攝氏度下在25毫升特氟龍反應(yīng)釜中水熱處理72小時。經(jīng)過處理的粉末用去離子水沖洗，過濾干燥，獲得鈦酸鈉納米帶。將其浸入0.1摩爾/升的鹽酸溶液中24小時，然后用去離子水徹底沖洗得到氫鈦酸納米帶。將氫鈦酸納米帶加入25毫升的特氟龍反應(yīng)釜中，用0.02摩爾/升的硫酸溶液加至滿體積的80%，100攝氏度下加熱12小時。最后通過離心和去離子水的反復(fù)沖洗從溶液中

8、分離出的產(chǎn)物，在70攝氏度下干燥10小時，然后在600攝氏度下對經(jīng)用酸腐蝕的鈦酸（納米帶）法熱處理氫鈦酸1小時，在粗糙表面獲得具有粗糙表面的銳鈦礦型二氧化鈦納米帶。Ag2O/TiO2納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)帶：通過沉淀降法得到的Ag2O/TiO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)，重量比從10:1到1：10不等，標(biāo)準(zhǔn)的1:1重量比為1:1的Ag2O/TiO2納米帶的典型制備過程為：0.2克二氧化鈦納米帶分散在50毫升蒸餾水中，加入0.29克硝酸銀懸浮液。混合磁力性攪拌混合30分鐘，將用50毫升0.2摩爾/升的過量氫氧化鈉水溶液滴入上述沉淀硝酸銀和二氧化鈦的混合液中，所加氫氧化鈉比使至硝酸銀完全沉淀成氧化銀的量大，最終并且pH值為1

9、4.。涂有納米氧化銀的，最終，二氧化鈦納米帶被涂布在氧化銀納米粒子表面，用去離子水徹底沖洗，然后過濾、干燥。高純度氧化銀納米粒子用硝酸銀和氫氧化鈉溶液沉淀法制取，用來做空白樣本。催化劑表征性質(zhì)：用BrukeD8x-射線粉末衍射圖譜儀記錄催化劑的X-射線粉末衍射圖，采用采用Cu靶（CuK發(fā)射線為=0.15406nm）；用HITACHIS-4800場發(fā)射掃描電鏡描述表征合成的Ag2O/TiO2納米帶的尺寸和形態(tài)特征；，用X-射線能量發(fā)射譜（EDS）來研究Ag2O/TiO2納米帶的化學(xué)組成，JOELJEM2100顯微鏡用來記錄高研究高解析度分辨穿透式電子顯微透射電鏡圖像，激發(fā)波長為280nm的DEF

10、LS920熒光光譜儀用來研究光激發(fā)光譜，紫外-可見分光光度計用來研究漫反射紫外-可見光光譜，分析值域為200-65.納米，硫酸鋇用來做反射標(biāo)準(zhǔn)。除非另加說明，本文測試結(jié)果均來自中未作分析的測試結(jié)果樣本為重量比率為1:1的對比樣本試樣。紫外-可見光照射下光催化降解甲基橙：我們用甲基橙做測試樣本模型物來討論評價氧化銀/二氧化鈦光催化劑的性質(zhì)和活性。在典型標(biāo)準(zhǔn)實驗過程中，將20毫升甲基橙溶液（20毫克/升）和20毫克Ag2O/TiO2光催化劑粉末加入50毫升的大燒杯中，在光照射前，懸浮液先在無光、室溫穩(wěn)定條件下磁力攪拌30分鐘，在染料和催化劑表面建立吸附-解吸析平衡。一個20瓦、最大發(fā)射輻射波菠長為

11、254納米的紫外光燈用來提供紫外光光源和進行紫外光催化，3000萬瓦的氙喘弧燈提供可見光光源和進行可見光催化。在給定的光照時間間隔中，混合液離心分離除去催化劑粒子進行分析。剩殘余甲基橙濃度的測定用紫外-可見光分光光度計（HitachiUV-3100)測定.結(jié)果與討論：圖1圖1是二氧化鈦納米帶、氧化銀納米粒子和Ag2O/TiO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)的X-射線衍射圖譜。圖中純二氧化鈦納米帶的所有衍射峰用銳鈦型結(jié)構(gòu)指示(1-a)，純氧化銀納米粒子的所有衍射峰符合于其立方形結(jié)構(gòu)(1-c)。銳鈦型二氧化鈦和氧化銀相在Ag2O/TiO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)晶體中共存，其X-射線衍射圖譜分別與粉末衍射標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合委員會制訂的圖21-1

12、272和圖41-1104相匹配（圖1-b)與二氧化鈦納米帶的衍射峰型相比，氧化銀納米粒子的衍射峰尖銳，這表明其有相對比較高的結(jié)晶度圖2所制備的二氧化鈦納米帶、氧化銀納米粒子、涂布氧化銀的二氧化鈦納米帶的詳細形態(tài)和微結(jié)構(gòu)，用掃描電鏡和高分辨透視電鏡來研究。圖像2-a是所要制備的二氧化鈦納米帶的典型掃描電鏡圖像，該納米帶有50-200納米寬，長度可達數(shù)百微米。圖像2-b是低倍掃描電鏡圖像，可以看到經(jīng)過酸腐蝕后的二氧化鈦納米帶表面變得粗糙。X-射線能量散射光譜分析（圖2-b的插圖）表明，納米帶只由鈦和氧元素組成。具有粗糙表面的二氧化鈦納米帶在共沉淀過程中，為大量吸收氧化銀納米粒子提供了一個很好的平臺

13、（圖2-c、2-d)。電子能譜儀分析（圖2-c的插圖）表明，Ag2O/TiO2納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)帶有鈦、氧、銀元素組成。二氧化鈦納米帶上的氧化銀納米粒子粒徑分布窄，僅有5-20納米。相反，沒有經(jīng)過酸處理的二氧化鈦納米帶具有光滑的表面，只能吸收很少一部分氧化銀納米粒子。圖2中的e和f表明化學(xué)沉降法制得的氧化銀納米粒子的形態(tài)。氧化銀納米粒子尺寸大約有100-500納米，這比二氧化鈦納米帶上的氧化銀納米粒子（圖2-d)要大，這跟像是粗表面的二氧化鈦納米帶為氧化鋅納米粒子的長晶提供大量的成核場所，導(dǎo)致氧化銀納米粒子在二氧化鈦納米帶上以很小的粒徑均勻擴散。圖3樣本的高分辨透射電鏡掃描圖像進一步證明了二氧化鈦納

14、米帶和氧化銀納米粒子間的新型異質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成。在氫氧化鈉溶液加入氧化銀和二氧化鈦納米帶的混合液后，直徑為5-20納米的氧化銀納米粒子被均勻涂布在二氧化鈦納米帶表面（圖3-a、3-b）。值得注意的是，涂布在二氧化鈦納米帶表面的氧化銀納米粒子非常穩(wěn)定，即使在超聲波處理時也不會脫落。氧化銀納米粒子緊密耦合在二氧化鈦納米帶的表面形成Ag2O/TiO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)（圖3-c），使兩相間的電子傳遞更順利。通過測量晶格條紋，晶面間的分辨距離大約是0.35-0.27納米，與圖3-d中銳鈦型二氧化鈦晶面和氧化銀晶面相一致。這些結(jié)果暗示，所制備的樣本是一種由氧化銀納米粒子和二氧化鈦納米帶組成的結(jié)晶良好的納米級異質(zhì)結(jié)構(gòu)。

15、圖4評價Ag2O/TiO2納米帶的光催化降解性能，我們檢測在紫外光照射下水中甲基橙的分解作為時間的函數(shù)（圖4），作為對比，分解OVER二氧化鈦納米帶和氧化銀納米粒子在相同的實驗條件下進行。如圖4所示，Ag2O/TiO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化劑在甲基橙的分解中在紫外光的照射下表現(xiàn)出高活性，隨著光照時間的增加，甲基橙染料的分解進展穩(wěn)定并在在紫外光照射下24分鐘后完成。Ag2O/TiO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化劑的分解活性比二氧化鈦納米帶和氧化銀納米粒子的分解活性要高。經(jīng)相同的試驗時間，相應(yīng)的分解率分別只有Ag2O/TiO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)催化劑的20%和25%，經(jīng)一階線性組合，Ag2O/TiO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)催化劑對甲基橙的降解

16、率（0.017毫克/分）比二氧化鈦納米帶樣本的降解速率（0.0035毫克/分）要快五倍。盡管氧化銀納米粒子和二氧化鈦納米帶的光催化活性非常慢，但因為氧化銀和二氧化鈦間生成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，兩者形成的復(fù)合物的光催化活性能有很大程度上的提高。圖5對半導(dǎo)體材料而言，光致發(fā)光譜與光生電子和空穴的轉(zhuǎn)移性能有關(guān)。所以光致發(fā)光譜可以反映光誘導(dǎo)截流子的分離與重組。圖5是二氧化鈦納米帶和Ag2O/TiO2樣本的光致發(fā)光譜，激發(fā)波長為380納米。純二氧化鈦納米帶大約在438納米處具有強的發(fā)射峰。二氧化鈦納米帶的光致發(fā)光強度歲氧化銀的添加而增強。這是因為，氧化銀納米粒子淀積在二氧化鈦納米帶表面充當(dāng)電子陷阱以捕獲光誘發(fā)電子

17、，并抑制電子空穴對的重組。光致發(fā)光譜的結(jié)果與紫外光照射下Ag2O/TiO2納米帶異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化活性的增強是一致的。同時，圖譜b在409納米處的波峰是激發(fā)波長為380納米的氧化銀的發(fā)射峰。圖6圖7圖6是顯示出高光降解性能、具有廣闊重量比的Ag2O/TiO2樣本的圖譜，圖7是相應(yīng)的掃描電鏡圖像。隨著Ag2O/TiO2重量比的增加，二氧化鈦納米帶表面氧化銀納米粒子的總數(shù)不斷增加，光降解性能也相應(yīng)地隨之增強，很強的Ag2O/TiO2質(zhì)量比情況除外。重量比小于6:1情況下，二氧化鈦納米帶表面的一些氧化銀納米粒子能被觀測到，此時的光降解效率較低。重量比是8:1情況下，盡管比純二氧化鈦納米帶的光降解效率要高

18、（25%），但24分鐘的光照射，光降解效率也只有75%。圖像7-a是在相應(yīng)的8：1的重量比下Ag2O/TiO2納米帶掃描電鏡圖像。從重量比6：1到1：6，Ag2O/TiO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)樣本在24分鐘紫外光照射下徹底分解20毫升甲基橙溶液，得到的結(jié)果說明，廣泛重量比的Ag2O/TiO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)容易生成氧化銀納米粒子和二氧化鈦納米帶的界面，該界面有益于電子的傳送。重量比大于1:6，高重量比氧化銀的Ag2O/TiO2樣本光降解效率，這是因為二氧化鈦納米帶表面涂布了太多的氧化銀納米粒子，作為光催化劑的二氧化鈦納米帶沒有吸收足量的紫外輻射光。該結(jié)果在重量比在1:8時Ag2O/TiO2掃描電鏡圖像（圖7-b)

19、得到證明。圖7-b中，二氧化鈦納米帶被氧化銀納米粒子囊裹，同時由于大量氧化銀納米粒子的存在，也能觀察到游離的粒子。圖8二氧化鈦納米帶、Ag2O/TiO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)和氧化銀納米粒子的可見光光催化活性同樣可以通過可見光照射下光催化降解甲基橙溶液來評價，如圖8所示。二氧化鈦因為有大的帶隙能（銳鈦型、3.2eV），其光催化作用只能在大約400nm的較短波情況下進行。因此，可見光照射下二氧化鈦納米帶的光催化性能低，24分鐘可見光照射后降解甲基橙溶液率只有9%。令人驚訝的是，我們發(fā)現(xiàn)純氧化銀納米粒子具有很好的光催化活性，24分鐘可見光照射后降解甲基橙溶液率為74%，Ag2O/TiO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光催化活性比純

20、氧化銀納米粒子稍好，相應(yīng)的降解效率為80%。因為Ag2O/TiO2復(fù)合光催化劑在重量比為1:1情況下重量只有氧化銀粒子的一半。對比純氧化銀納米粒子，Ag2O/TiO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)在可見光下的光催化活性明顯提高。所以，在二氧化鈦納米帶和氧化銀納米粒子中，存在協(xié)同功能，可能是由于兩者之間的異質(zhì)結(jié)構(gòu)效應(yīng)。圖9圖9是不同樣本的紫外-可見光數(shù)據(jù)反應(yīng)系統(tǒng)圖。二氧化鈦納米帶在380納米處顯示陡峭的吸收邊。氧化銀納米粒子在200-650納米范圍內(nèi)紫外-可見光照射下，除由于帶隙過渡具有的內(nèi)在吸收帶之外，顯示出很強的光吸收性能，這使氧化銀離子具有很好的可見光光催化活性。Ag2O/TiO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)的紫外-可見光譜在40

21、0-650納米附近顯示出寬的可見光吸收帶，紫外光區(qū)的吸收帶可認(rèn)定是鈦-氧吸收帶。與純二氧化鈦納米帶相比，Ag2O/TiO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)的吸收邊紅移至大約500納米，帶隙估計有2.4eV。Ag2O/TiO2異質(zhì)結(jié)光催化劑在400納米以上的吸收歸因于氧化銀納米粒子的可見光敏化作用的存在。因為氧化銀納米粒子在可見光區(qū)具有寬的強吸收帶。圖10圖10顯示的是不同氧化銀含量的Ag2O/TiO2納米帶的光催化活性在可見光輻射下的檢測圖。Ag2O/TiO2納米帶的可見光光催化活性隨著氧化銀的含量從8:1到1:4的增加而增強。當(dāng)二氧化鈦和氧化銀的比率達到1:4時，Ag2O/TiO2納米帶具有最高的光催化活性，其24

22、分鐘可見光照射后降解（甲基橙）率為89%。該結(jié)果與數(shù)據(jù)反映系統(tǒng)中的結(jié)果一致，闡釋了可見光敏化后的氧化銀納米粒子提高了Ag2O/TiO2納米帶的可見光光催化活性。氧化銀組分的增加明顯提高了Ag2O/TiO2納米帶的光催化活性。然而，重量比為1:8的Ag2O/TiO2納米帶的光催化活性比重量比為1:4的Ag2O/TiO2納米帶稍低。此時，Ag2O/TiO2納米帶在重量比為1：1、1：2、1：4和1:8情況下，都表現(xiàn)出比純氧化銀納米粒子更好的可見光光催化活性。這可以用Ag2O/TiO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)間有能帶匹配，使得二氧化鈦納米帶表面的氧化銀納米粒子有較高的活性來解釋。圖11為了研究在紫外光和可見光輻射下

23、Ag2O/TiO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光催化活性的穩(wěn)定性，反復(fù)用相同的樣本經(jīng)膜過濾分離后重復(fù)試驗四次，如圖11所示。遺憾的是，Ag2O/TiO2光催化劑在紫外光輻射下下重復(fù)應(yīng)用后顯示不穩(wěn)定。Ag2O/TiO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光催化活性隨著重復(fù)次數(shù)增多而不斷降低，96分鐘四次重復(fù)利用后，Ag2O/TiO2光催化劑對甲基橙的光催化降解效率只有60%。然而，Ag2O/TiO2光催化劑在可見光輻射下顯示出穩(wěn)定的光催化活性，如圖11-b，四次重復(fù)利用后，其對甲基橙的光催化降解效率沒有明顯的降低。圖12我們通過研究在紫外-可見光輻射下，在重復(fù)漂白后的Ag2O/TiO2光催化劑的X-射線衍射圖譜來查明上文提到的現(xiàn)象的原因。

24、從圖12（0）中可以看到，Ag2O/TiO2樣本在紫外光輻射前由二氧化鈦和氧化銀以很好的結(jié)晶度組成。重復(fù)紫外光催化降解實驗，銀元素的相應(yīng)波峰在第一次光催化降解試驗后能在X-射線衍射圖譜中觀測到，如圖12（1）所示。隨著重復(fù)次數(shù)的增多銀的量不斷升高，同時氧化銀的吸收峰持續(xù)減弱。四次循環(huán)過程后，氧化銀的吸收峰幾乎消失（圖12（4）所示）。這表明紫外光光催化降解試驗中，氧化銀相中銀的結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變。我們也發(fā)現(xiàn)純氧化銀納米粒子在紫外光輻射下保持穩(wěn)定。該實驗結(jié)果暗示：在二氧化鈦存在情況下，暴露在紫外光輻射下的氧化銀結(jié)構(gòu)被破壞。銀元素的來源也可能是在紫外光輻射下通過二氧化鈦納米帶的傳導(dǎo)帶電子的還原作用從氧化

25、銀相中獲得。X-射線衍射圖結(jié)論與重復(fù)光催化降解實驗的結(jié)果一致，氧化銀納米粒子在提高Ag2O/TiO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光催化活性方面扮演重要的角色。許多的研究表明，分散在光催化劑基質(zhì)表面的過渡金屬及其氧化物的細顆粒，在N-型半導(dǎo)體上可充當(dāng)電子陷阱。這里，Ag2O/TiO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光催化活性的提高，間接證明了氧化銀納米粒子上的電子陷阱。與純二氧化鈦納米帶相比，重復(fù)光催化降解實驗后的Ag2O/TiO2納米帶的X-射線衍射圖譜的結(jié)果直接證明了俘獲粒子和光催化劑基質(zhì)間的光電子轉(zhuǎn)移。相比紫外光輻射下的X-射線衍射圖結(jié)果，可見光照射下Ag2O/TiO2樣本中的氧化銀和二氧化鈦的峰強度和位置隨著光催化降解時間的增

26、加基本保持不變。這表明，紫外光輻射下的反應(yīng)機理與可見光輻射下的反應(yīng)機理有所不同。圖13補充信息2中，Ag2O/TiO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了迅速沉淀過程。氧化銀作為純化劑經(jīng)常應(yīng)用于污水中小顆粒懸浮物質(zhì)的吸附和去除。這里，我們證明了氧化銀納米粒子本身帶有過量負(fù)電荷（zeta電位約為31.24eV)，容易吸收二氧化鈦納米帶所帶的正電荷。在氧化銀納米粒子和二氧化鈦納米帶之間形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的粉末光催化劑，如P-25，在漿系統(tǒng)后處理分離中有嚴(yán)格的限制。長寬比大的二氧化鈦納米帶可以克服球形二氧化鈦催化劑的缺點，很容易從溶液中分離。然而，純二氧化鈦的分離需要復(fù)雜的過程和很長的恢復(fù)時間。Ag2O/TiO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)

27、在實驗準(zhǔn)備初期的一分鐘內(nèi)迅速沉降，在底部形成灰色涂層。相應(yīng)的，純二氧化鈦納米帶在實驗控制在1小時時呈膠體懸浮態(tài)。對P”牛奶“狀的P-25懸浮體在超過48小時內(nèi)保持穩(wěn)定。所以，Ag2O/TiO2光催化劑在重復(fù)光催化降解實驗中很容易恢復(fù)，為其重復(fù)利用創(chuàng)造了有利的條件。為完全弄明白二氧化鈦納米帶上的氧化銀納米粒子的負(fù)載效應(yīng)，獲得氧化銀和二氧化鈦能帶更進一步的信息是很有必要的。基于上文結(jié)論，Ag2O/TiO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)在紫外-可見光輻射下的高光催化活性的機理如圖13所示，相關(guān)反應(yīng)公式如下：在紫外光輻射下，根據(jù)公式1和2，二氧化鈦納米帶和氧化銀納米粒子被激發(fā)出h+和e-，根據(jù)公式4和5，二氧化鈦和氧化銀相

28、互作用生成的電子和電子空穴與水反應(yīng)生成活性羥基OH。正常情況下，大多數(shù)電子空穴對重組迅速，純二氧化鈦納米帶的光催化效率低。在這里，二氧化鈦納米帶表面的氧化銀納米粒子能有效地俘獲電子。同時，氧化銀納米粒子和二氧化鈦納米帶之間的異質(zhì)結(jié)構(gòu)有益于電子從二氧化鈦納米帶向氧化銀納米粒子的傳送。得到的電子與氧化銀納米粒子反應(yīng)，如公式3所示，還原氧化銀中銀離子。公式3在紫外光照射下重復(fù)實驗（圖12）中由重復(fù)試驗的X-射線衍射圖結(jié)論得到證明。氧化銀納米粒子作為電子吸收體阻止電子和電子空穴的重組，電子空穴能有效地氧化有機化合物，因而光催化反應(yīng)能很大程度上得到提高。同時，根據(jù)公式3氧化銀負(fù)載的光催化劑中產(chǎn)生的氧氣能促進反應(yīng)5產(chǎn)生更多的活性O(shè)H，還可以在紫外光輻射下提高光催化劑的活性。所以，Ag2O/TiO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)紫外光催化活性的提高是以犧牲氧化銀所產(chǎn)生的量子效率的提高為基礎(chǔ)的。在可見光輻射下，氧化銀由于其相對較窄的帶隙（1.3eV)，根據(jù)公式2，被激發(fā)出h+和e-,。然而，Ag2O/TiO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光催化活性比純二氧化鈦和