◎董明軒 王國(guó)慶 楊春梅 張旭

引言：硅藻土主要成分為SiO2,它是一種生物沉積硅質(zhì)巖，在吉林省長(zhǎng)白山地區(qū)儲(chǔ)藏豐富、價(jià)格低廉，且本身具有大量而有序排列的微孔、比表面積大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，可以作為催化劑載體、填充劑、過(guò)濾材料等。硅藻土表面含有大量的硅羥基和羥基更加有利于氣體分子在其表面的吸附，因此硅藻土作為光催化劑的載體更有利于提高光催化氣體分子的降解。

近年來(lái)，制備具有裸漏高活性晶面的半導(dǎo)體氧化物引起了越來(lái)越多的研究興趣。一些研究表明銳鈦礦型二氧化鈦單晶的不同面可能表現(xiàn)出不同的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。在二氧化鈦的（001）面中，氧原子和鈦原子高度共面，導(dǎo)致在光激發(fā)和電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程中電子和空穴的復(fù)合概率較高。而對(duì)于（001）晶面，氧和鈦的原子層在空間處于分離狀態(tài)，可以有效地促進(jìn)光生電子-空穴對(duì)的分離和轉(zhuǎn)移。在晶面雜亂的二氧化鈦晶體中，由于它們?cè)优帕械牟灰?guī)則，只有一小部分電子和空穴轉(zhuǎn)移到二氧化鈦晶體的表面，并且（001）面可能作為光生電子-空穴對(duì)的復(fù)合中心，所以光催化效果不如具有大面積裸露的高活性晶面的TiO2催化效果好。由此可見，我們利用硅藻土負(fù)載片狀TiO2/Ag制備光催化劑，有利于促進(jìn)光生電子-空穴對(duì)的分離和轉(zhuǎn)移，提高其光催化性能。

實(shí)驗(yàn)部分：

室溫下，在燒杯中加入0.31ml HCl(36-38wt%)，在劇烈攪拌中加入0.55ml異丙醇鈦,攪拌15min后，加入乙醇和P123的混合物，攪拌30 min后加入20ml乙二醇后再攪拌30分鐘。將上述混合溶液轉(zhuǎn)移至水熱釜中加熱185℃恒溫5、10、15和24h，冷卻至室溫，離心洗滌干燥，加熱至500℃恒溫4小時(shí)，獲得片狀TiO2白色粉末，分別標(biāo)記為TiO2-5，TiO2-10，TiO2-15和TiO2-24。取一定量的TiO2-5，TiO2-10，TiO2-15和TiO2-24粉末與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的0.01mol/L硝酸銀溶液混合，暗室下超聲30min然后攪拌30min，用300W氙氣燈照射4分鐘，將得到的產(chǎn)物用乙醇和水洗滌各洗滌兩次，放入烘箱中干燥，得到產(chǎn)物TiO2/2%Ag-5，TiO2/2%Ag-10，TiO2/2%Ag-15和TiO2/2%Ag-24。然后利用浸漬法制備硅藻土負(fù)載片狀TiO2/Ag復(fù)合光催化劑。

結(jié)果與討論：

紫外-可見光漫反射吸收主要是確定光催化的能帶寬帶以及測(cè)定光催化劑的光響應(yīng)范圍，圖1為硅藻土負(fù)載的TiO2/2%Ag-5，TiO2/2%Ag-10，TiO2/2%Ag-15和 TiO2/2%Ag-24的紫外可見漫反射光譜。通過(guò)圖可以看出在400-500可見光區(qū)域尤其是450nm附近，材料表現(xiàn)出一定的吸光度，這是由于在復(fù)合催化劑表面的銀納米粒子表面等離子體共振所引起的。

圖1 硅藻土負(fù)載片狀TiO2/Ag的漫反射吸收光譜

通過(guò)分析硅藻土負(fù)載的 TiO2/2%Ag-5，TiO2/2%Ag-10，TiO2/2%Ag-15，TiO2/2%Ag-24的帶邊吸收波長(zhǎng)分別為385、381、379和391 nm根據(jù)公式：

通過(guò)帶邊吸收波長(zhǎng)可以計(jì)算出所制備樣品的TiO2的能帶寬度分別為3.22、3.25、3.27和3.17eV，可以發(fā)現(xiàn)TiO2能帶隨著反應(yīng)條件的改變而發(fā)生了明顯改變，其中反應(yīng)時(shí)間為24h樣品的能帶寬度最低。

我們按照《公共場(chǎng)所空氣中甲醛測(cè)定方法》GB/T18204.26-2016國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)——酚試劑分光光度法對(duì)光催化甲醛氣體分子性能進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果如圖2所示。圖2是甲醛的吸收降解曲線和空氣中甲醛濃度隨時(shí)間變化曲線。比較幾種光催化劑（圖2a），發(fā)現(xiàn)硅藻土負(fù)載TiO2/2%Ag-15的催化性能是最高的，一小時(shí)以內(nèi)甲醛的濃度降低了36%,TiO2/2%Ag-5，TiO2/2%Ag-5 TiO2/2%Ag-24的催化效率分別為16%、17%和13%。圖2b顯示了硅藻土負(fù)載TiO2/2%Ag-15光催化劑在20小時(shí)內(nèi)幾乎將環(huán)境中的甲醛完全降解。

圖2 a：可見光照下，不同催化劑的甲醛濃度隨時(shí)間變化曲線；b：可見光照下硅藻土負(fù)載TiO2/2%Ag-15對(duì)空氣中甲醛的降解曲線。

結(jié)論

我們利用簡(jiǎn)單的水熱法和浸漬法成功的制備了四種硅藻土負(fù)載片狀TiO2/Ag光催化劑，紫外-可見漫反射光譜表明光催化劑在400-500可見光區(qū)域尤其是450nm附近，表現(xiàn)出較好的可見吸收。光催化劑催化性能表明硅藻土負(fù)載TiO2/2%Ag-15的催化性能是最好，一小時(shí)以內(nèi)甲醛的濃度降低了36%，20h內(nèi)可將環(huán)境中甲醛分解完全。