AgI/Ag3PO4异质结催化剂可见光催化还原CO2的研究

曾 滔,林海燕,余 岩,何志桥,宋 爽(浙江工业大学环境学院,浙江 杭州 310032)

AgI/Ag3PO4异质结催化剂可见光催化还原CO2的研究

曾 滔,林海燕,余 岩,何志桥,宋 爽*(浙江工业大学环境学院,浙江 杭州 310032)

首先采用离子交换法制备了四面体Ag3PO4,然后在其表面通过沉淀法负载上AgI,形成AgI/Ag3PO4异质结催化剂.利用可见光催化还原CO2考察了催化剂的活性及稳定性,同时研究了AgI与Ag3PO4的摩尔比对光催化活性的影响.结果表明,当AgI与Ag3PO4的摩尔比在30%时(AgI/Ag3PO4-30%),催化剂表现出最高的光催化活性,且CO2的主要还原产物为CH4.基于X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、比表面积测试(BET)和紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱等表征结果,可以推断Ag3PO4和AgI之间形成的p-n异质结能有效分离光生电子和空穴,是催化剂高效活性的主要原因.

二氧化碳；催化还原；可见光；磷酸银；碘化银；异质结

全球变暖的主要原因是由于大量温室气体排入大气中导致了温室效应,其中 CO2作为主要的温室气体已经引起学术界的广泛关注.而CO2的半导体光催化还原技术能够有效地利用取之不尽用之不竭的太阳能作为能源,因此在缓解温室效应和能源危机两个方面都显示出巨大的潜力.

磷酸银(Ag3PO4)是近年来备受关注的一种新型、高效的光催化材料,具有p型半导体特性[1],禁带宽度仅为2.36eV,决定其在可见光区有较强的吸收.而在不同形貌的 Ag3PO4中,四面体Ag3PO4表面为单一{111}晶面暴露,其在可见光区具有最高的光吸收[2].然而 Ag3PO4存在严重的光腐蚀现象,导致催化剂的稳定性较差,限制了其在光催化技术中的广泛应用.研究发现,通过与其它半导体复合形成复合催化剂,可有效抑制 Ag3PO4的光腐蚀现象,提高催化剂的稳定性和催化活性,其中包括宽带隙半导体材料(BiOCl、TiO2和BiPO4等)[1,3-4],窄带隙半导体材料(Ag2O和g-C3N4)[5-6]和碳系材料(石墨烯和碳纳米管)[7-8]等.

卤化银AgX(X = Cl,Br,I)是非常重要的感光材料,广泛应用于摄影领域.其具有n型半导体特性,禁带宽度为 2.82eV,在降解有机染料和还原CO2方面均可显示出优异的光催化性能[9,10]. Ag3PO4和AgI具有匹配的能带位置,光生载流子在两者之间可以相互迁移.如果在p型半导体Ag3PO4表面包裹上一层 n型半导体 AgI纳米层,形成的p-n型异质结可以有效防止光催化剂的光腐蚀和光溶解,同时提高光生电子-空穴的分离效率,从而增强Ag3PO4光催化剂的活性和稳定性.

p-n型异质结,则是由p型半导体和n型半导体复合而成.由于多子扩散在复合半导体界面附近产生空间电荷区,形成一个方向从n到p的内建电场[11].该电场能将扩散到场区光生载流子定向分离:电子向 n型半导体一端集聚;空穴在p型半导体一端集聚.在这一过程中,n型半导体的费米能级靠近导带,而p型半导体的费米能级靠近价带,两种半导体在结合过程中为达到热力学平衡,费米能级会逐渐靠近[12].内电场的存在可促进光生电子和空穴的分离,从而使异质结催化剂比单一的n或p型半导体具有更好的光催化效应.

目前已报道的AgI/Ag3PO4复合光催化剂未涉及异质结结构对 CO2光催化还原的影响[13-16].故本文以四面体 Ag3PO4为载体,采用沉淀法负载上不同量AgI,形成AgI/Ag3PO4异质结催化剂,以期提高光生电子和空穴的分离效率,并首次将该催化剂应用于光催化还原CO2.研究了AgI含量与光催化还原CO2活性的关系,并探究了异质结提高光催化还原CO2活性的原因.

1 实验部分

1.1 光催化剂的制备

四面体Ag3PO4由简单的离子交换法制备而成.称取2.15g硝酸银溶于100ml的乙醇中,将混合液匀速逐滴加到0.1mol/L的H3PO4醇溶液中(60℃水浴,以上各实验步骤均在暗处遮光进行).将得到的沉淀物用去离子水洗涤5遍,置于60℃真空干燥箱中干燥12h,得到四面体Ag3PO4粉末样品.

AgI/Ag3PO4复合光催化剂是通过沉淀法制备,具体过程如下:称取0.5g四面体Ag3PO4溶于50mL去离子水,剧烈搅拌下逐滴加入50mL不同浓度(2.56、5.42、8.96和13.03mol/L)的KI溶液,控制AgI与Ag3PO4的理论摩尔比在10%、20%、30%和40%.继续搅拌1h后静置,去离子水洗涤3遍,置于60℃真空干燥箱中干燥12h,得到不同摩尔比的 AgI/Ag3PO4复合光催化剂,分别标记为AgI/Ag3PO4-10%、 AgI/Ag3PO4-20%、 AgI/ Ag3PO4-30%和AgI/Ag3PO4-40%.

1.2 催化剂的表征

采用荷兰PANlytica公司X’Pert PRO型X射线衍射仪(XRD)分析催化剂的晶体结构,扫描速度 2o/min,扫描范围 2θ = 10°～80°.采用日本Hitachi公司的S-4800型扫描电子显微镜(SEM)观察催化剂的微观表面形貌.采用中国 Pgeneral公司TU-1901型紫外可见光光度仪(UV-Vis)测试催化剂的紫外可见漫反射光谱,扫描范围200～800nm,扫描速度40nm/min,以BaSO4为参照标准白板.采用美国 Perkin-Elmer公司PHI5000CESCA型 X射线光电子能谱仪(XPS),分析催化剂的表面组成、表面电子态等.采用美国Micromeritics公司ASAP 2010型物理吸附仪,通过低温氮吸附-脱附(BET)方法测定催化剂的比表面积(SBET).

1.3 光催化还原CO2实验过程

反应装置采用实验室自制的不锈钢反应器, 0.3g目标催化剂均匀地铺放于反应器内的玻璃纤维上,以 2.0L/min的速率经鼓泡器向反应器持续通入 CO2气体,以得到水蒸汽饱和的 CO2气体(～3.2% H2O,v/v).稳定通气30min后,将反应器置于冷却水系统中,开启 500W 氙灯(波长范围 290 ～ 800nm).在预设的时间间隔下,依次抽取 1mL气体样品,通过气相色谱(GC)定量分析反应产物.

1.4 产物分析方法

气相产物 CH4利用日本岛津公司生产的GC-2014气相色谱仪分析检测,配置HP-PLOT Q毛细管柱(30m×320µm×25µm)和FID检测器,对产物进行定量定性分析.产物CO利用美国安捷伦公司 Agilent 7890B气相色谱仪进行分析检测,色谱柱为 HP-PLOT分子筛柱(规格为 30m× 320µm× 12µm)、TCD检测器,对产物进行定量定性分析.

量子产率(QY)的计算方法见式(1).

式中:ni为生成每摩尔产物i所需电子数,对于产物CH4和CO,ni分别为8和2;Ni为生成产物i的摩尔数;Nph为入射光子的摩尔数.

能量投入产出比(EROEI)可通过反应过程的焓变与入射光能量之比进行计算.

式中:ΔHi是CO2和H2O反应生成产物i的标准焓变,其中生成CH4和CO的标准焓变分别为890.1kJ/ mol和283.0kJ/mol;Eph为入射光子能量(7.012kJ).

转换数(TON)定义为催化剂的每摩尔表面活性位上所生成产物i的摩尔数.

式中:Nact为表面活性位的摩尔数.

Nact可由公式(4)计算.

式中:S为催化剂的受光面积(16cm2);d为光吸收深度(100nm);ρ为催化剂的密度;M为催化剂的摩尔质量;a%为活性位的占比百分数.

2 结果与分析

2.1 SEM和EDS表征结果

图1 不同样品的SEM谱图和EDS谱图Fig.1 SEM images of Ag3PO4(a), AgI/Ag3PO4-10% (b), AgI/Ag3PO4-20% (c), AgI/Ag3PO4-30%(d), and AgI/Ag3PO4-40% (e); EDS spectrum of AgI/Ag3PO4-30% (f)

图 1为 Ag3PO4及不同 AgI含量的 AgI/ Ag3PO4复合催化剂的SEM表征结果.从图1(a)可以看出,Ag3PO4呈现四面体结构,由4个{111}面包裹而成,表面光滑,且平均粒径在500～800nm之间.从图1(b)、(c)、(d)、(e)则可以看出, AgI/Ag3PO4复合材料是由四面体Ag3PO4和颗粒状的AgI光催化剂材料组成,AgI负载于Ag3PO4表面,平均粒径为50～100nm.并且随着AgI含量的增加,四面体Ag3PO4的形貌基本保持不变,但其表面颗粒状物质明显增多.图1(f)为AgI/ Ag3PO4-30%的EDS谱图.图中明显看到Ag、P、O和I元素峰,说明所制备催化剂中存在Ag、P、O和I元素,从而进一步证明了AgI的存在.

2.2 XRD表征结果

图2 AgI/Ag3PO4复合催化剂的XRD谱图Fig.2 XRD patterns of AgI/Ag3PO4composites: (a) JCPDS NO.06-0505, (b) AgI/Ag3PO4-10%, (c) AgI/Ag3PO4-20%, (d) AgI/Ag3PO4-30%, (e) AgI/Ag3PO4-40%, and (f) JCPDS NO.09-0374

图2为不同AgI含量的AgI/Ag3PO4复合催化剂样品的XRD测定结果.从图2可以看到:所有样品的衍射峰都和体心立方结构 Ag3PO4(JCPDS Card no. 06-0505)标准衍射峰图谱和六角结构β-AgI(JCPDS Card no. 09-0374)标准衍射峰图谱相吻合[14],没有其它的杂质衍射峰出现,而且衍射峰强而尖锐,说明复合的催化剂具有较高的纯度和良好的结晶度.同时,随着AgI含量的增加,六角结构 β-AgI的(100)、(002)、(101)、(102)、(110)、(103)、(112)晶面对应的衍射峰的强度也随之逐渐增强,表明AgI/Ag3PO4复合材料体系确实可通过本法制备而得.根据谢乐公式计算,四面体 Ag3PO4颗粒直径在 750nm左右,AgI颗粒直径在80nm左右,与SEM上观察到的颗粒尺寸一致.

2.3 UV-Vis表征结果

图3 各催化剂样品的UV-Vis谱图Fig.3 UV–Vis absorption spectra of pure Ag3PO4, AgI/ Ag3PO4-10%, AgI/Ag3PO4-20%, AgI/Ag3PO4-30%, AgI/Ag3PO4-40%, and pure AgI

图 3显示了纯 Ag3PO4、AgI以及各 AgI/ Ag3PO4复合催化剂在230～800nm波长范围内的UV-Vis吸收光谱图.纯Ag3PO4和AgI的吸收带边分别出现在550nm和460nm处,通过Kubelka-Munk函数变换得到Ag3PO4和AgI相应带隙能约为 2.25eV 和 2.70eV.从图 3可以看出,AgI/ Ag3PO4复合催化剂在470nm和550nm两处表现出双吸收带边,表明AgI和Ag3PO4同时存在,较之纯 AgI,复合催化剂吸收带边发生了明显的红移,表明复合催化剂在可见光区响应增强.

2.4 XPS表征结果

不同AgI含量的AgI/Ag3PO4复合催化剂样品的表面元素组成和化学状态通过XPS进行表征分析.图4(a)给出了各个样品的XPS全谱图,各样品的谱图中均出现了Ag、P、O、I和C的特征峰,表明催化剂表面均存在Ag、P、O、I和C五种元素.

图4 AgI/Ag3PO4样品的XPS谱图Fig.4 XPS patterns of AgI/Ag3PO4composites

图4(a)中C 1s的特征峰位置在284.6eV处,是由 XPS设备中真空泵油的污染引起.以 C 1s峰为基准(284.6eV),对其他峰进行校准[16].在图4(b)复合催化剂的Ag 3d XPS窄谱图中,Ag 3d5/2和Ag 3d3/2的峰位置分别在367.8eV和373.8eV,峰型对称,表明银在本复合体系中仅以 Ag+的形式存在[14].而使用后的 AgI/Ag3PO4-30%复合催化剂(used-AgI/Ag3PO4-30%)的Ag 3d峰略微向更高的结合能偏移,通过 Shirley法扣除本底,并用 Voigt函数(Lorentzian-Gaussian卷积法)分峰拟合可得到四个峰,位于 367.8eV、373.8eV、368.0eV和374.0eV,分别对应于Ag 3d5/2(Ag+)、Ag 3d3/2(Ag+)、Ag 3d5/2(Ag0)和Ag 3d3/2(Ag0),证明光催化反应后有少量单质 Ag出现.同样,从图4(c)可以看出,P 2p的XPS峰信号出现在132.6eV处,对应于标准化学状态下 Ag3PO4中的 P5+[17].如图 4(d)所示,复合催化剂表面存在两种形式的氧元素.O 1s结合能在530.5eV附近的为晶格O,而结合能在 532.3eV附近对应的是催化剂表面的 H2O解离产生的-OH基团[17].此外,如图 4(e)所示,I 3d自旋轨道分裂成I 3d5/2和I 3d5/2,分别对应的结合能在619.7eV和631.2eV附近,说明碘在本复合体系中以I−形式存在[18].XPS的分析结果与XRD的分析结果相一致,进一步证实了AgI和Ag3PO4组分在复合体系中的存在.

2.5 催化活性比较

在可见光照射下(800nm ≥ λ ≥ 420nm),对不同AgI含量的AgI/Ag3PO4复合催化剂进行光还原 CO2的实验,以考察其光催化活性.在进行AgI/Ag3PO4复合催化剂进行光还原CO2的实验前,分别进行以下对照实验:用氮气替代CO2进行光催化实验;无催化剂进行CO2直接光解;暗态实验.以上3个实验均未检出除CO2以外的含碳物质,说明光催化还原CO2时生成的含C产物均来自于CO2而并非来自于催化剂表面的碳污染.本实验中,AgI/Ag3PO4可见光催化还原CO2的产物主要为 CH4,并伴随有少量的 CO,其产量随反应时间的变化如图5所示.由图可知,经过4h反应, AgI/Ag3PO4-10%、 AgI/Ag3PO4-20%、 AgI/ Ag3PO4-30%、AgI/Ag3PO4-40%产生的CH4分别为9.14、11.23、13.20和5.72µmol/g;产生CO分别为1.83、2.36、3.85和1.74µmol/g;随着AgI含量的增加,CO2还原成CH4和CO的产量先增后减,存在最佳值,其最佳AgI含量为30%.四面体Ag3PO4在可见光下催化还原CO2,并未检测到产物.

图5 AgI/Ag3PO4可见光催化还原CO2生成CH4和CO的时间产量Fig.5 Time dependence of product yields over AgI/Ag3PO4particles

各复合催化剂的催化活性可用QY、EROEI和TON三个指标做进一步评价.如表1所示,QY和EROEI的数据同样显示了四种复合催化剂的催 化 活 性 顺 序 为 :AgI/Ag3PO4-30%＞AgI/ Ag3PO4-20%＞AgI/Ag3PO4-10%＞AgI/Ag3PO4-40 %.随着AgI含量的增加,复合催化剂的活性也逐渐增强.但是添加过多的AgI却导致了复合催化剂的活性减弱,这可能是由于过量的AgI包覆在Ag3PO4表面,阻碍了Ag3PO4对可见光的响应,从而导致光生载流子复合几率的增加,使可见光活性降低.各催化剂的TON与QY、EROEI呈现相同的变化规律,表明 AgI/Ag3PO4-30%复合催化剂光还原CO2的催化活性最高.

表1 各催化剂的活性比较Table 1 Comparison of activity between different catalysts

3 反应机理探讨

通过比较 Ag3PO4和 AgI/Ag3PO4光催化能力,结合催化剂的物理化学表征,认为 AgI/ Ag3PO4具有较高的光催化效率的原因主要在于AgI/Ag3PO4催化剂中存在异质结结构.理论上, Ag3PO4导带位置和价带位置分别位于0.45eV和2.45eV[15],而 CO2/CH4电极电势为-0.24eV(vs NHE)[19],Ag3PO4不能将CO2还原成CH4.而本实验中,四种不同AgI含量的AgI/Ag3PO4复合催化剂均可有效还原 CO2为 CH4,其原因主要在于AgI/Ag3PO4异质结催化剂中存在 p-n型异质结结构.

图6 AgI/Ag3PO4光催化还原CO2的机理Fig.6 Proposed mechanism of photocatalytic reduction of CO2over AgI/Ag3PO4

图6显示了AgI/Ag3PO4异质结催化剂光催化还原CO2的p-n型异质结反应机理[20].可见光照射下,Ag3PO4和AgI均受光激发,分别在各自的导带和价带位置产生电子和空穴.由于 AgI是 n型半导体,Ag3PO4是p型半导体,n型AgI的费米能级靠近CB底部而p型Ag3PO4的费米能级靠近VB顶部,如图6(a)所示.当Ag3PO4和AgI接触之后,Ag3PO4的能带整体向上移动,AgI的能带则整体向下移动,直至两者的费米能级接近.并且由于p区的空穴浓度远高于n区,而n区的电子浓度远高于p区,在浓度差的驱动下,p区的空穴向n区扩散,n区的电子向 p区扩散,从而在 Ag3PO4和AgI界面形成一个内电场(Ei),电场方向从AgI指向Ag3PO4.在光激发下,由于p-n结内存在内建电场,Ag3PO4上的少数电子穿过 p-n结到 AgI上,AgI上的少数空穴穿过 p-n结到Ag3PO4上,如图 6(b)所示.这一过程极大地提高了AgI/Ag3PO4异质结催化剂光生载流子的分离效率.外部传递路径中,AgI导带上电子将参与CO2的还原反应,而 Ag3PO4价带上的空穴引发的氧化反应主要是将H2O氧化生成O2.

4 结论

4.1 以 Ag3PO4为基体,采用沉淀法成功地将AgI沉积到四面体Ag3PO4的表面,制备出具有高可见光催化活性的AgI/Ag3PO4复合光催化剂.利用XRD、SEM、UV-vis漫反射和XPS等技术分别对 4种不同比例的复合催化剂进行表征,结果表明确有平均粒径为50 ～ 100nm的AgI负载于 Ag3PO4表面,随着负载量的增加,四面体Ag3PO4的形貌基本保持不变.

4.2 可见光照射下(λ≥ 420nm),AgI/Ag3PO4在水蒸气存在下光催化还原CO2的主要产物是CH4.经过 4h反应,AgI/Ag3PO4-10%、AgI/Ag3PO4-20%、AgI/Ag3PO4-30%、AgI/Ag3PO4-40%产生CH4的量分别为9.14、11.23、13.20和5.72µmol/g.随着AgI含量的增加,CO2还原生成CH4的产量先增后减,存在最佳值,其最佳AgI含量为30%.

4.3 基于不同催化剂在可见光照射下催化还原CO2得到的产物量,分别计算了各催化剂的QY、EROEI和TON等指标,以表征其催化活性. AgI/ Ag3PO4-10%、AgI/Ag3PO4-20%、AgI/ Ag3PO4-30%和AgI/Ag3PO4-40%的QY分别为0.191%、0.235%、0.282%和 0.123%,EROEI分别为0.037%、0.045%、0.055%和 0.024%,TON分别为109、133、160和68,进一步表明AgI/Ag3PO4-30%具有最佳的催化活性.

4.4 AgI/Ag3PO4复合催化剂可有效还原CO2为CH4,其原因主要在于AgI和Ag3PO4两种半导体之间形成了 p-n型异质结结构,有效抑制了光生电子-空穴的复合,提高了光生电荷的量子效率.

[1] Lin H L, Ye H F, Xu B Y, et al. Ag3PO4quantum dot sensitized BiPO4: a novel p-n junction Ag3PO4/BiPO4with enhanced visible-light photocatalytic activity [J]. Catalysis Communications, 2013,37:55-59.

[2] He Z Q, Lin H Y, Chen J M, et al. Effect of morphology and exposed facets of Ag3PO4on photocatalytic reduction of CO2to CH3OH over Ag/Ag3PO4plasmonic photocatalysts [J]. Journal ofChemical Industry and Engineering, 2015,66:4850-4857.

[3] Cao B C, Dong P Y, Cao S, et al. BiOCl/Ag3PO4composites with highly enhanced ultraviolet and visible light photocatalytic performances [J]. Journal of the American Ceramic Society, 2013,96:544-548.

[4] Rawal S B, Sung S D, Lee W I. Novel Ag3PO4/TiO2composites for efficient decomposition of gaseous 2-propanol under visible-light irradiation [J]. Catalysis Communications, 2012,17: 131-135.

[5] Wang P Q, Bai Y, Luo P Y, et al. Ag2O/Ag3PO4heterostructures: highly efficient and stable visible-light-induced photocatalyst for degradation of methyl orange and phenol [J]. IET Micro & Nano Letters, 2013,8:340-344.

[6] Kumar S, Surendar T, Baruah A, et al. Synthesis of a novel and stable g-C3N4-Ag3PO4hybrid nanocomposite photocatalyst and study of the photocatalytic activity under visible light irradiation [J]. Journal of Materials Chemistry A, 2013,1(17):5333-5340.

[7] Yang X F, Cui H Y, Li Y, et al. Fabrication of Ag3PO4-graphene composites with highly efficient and stable visible light photocatalytic performance [J]. ACS Catalysis, 2013,3:363-369.

[8] Wang Z, Yin L, Zhang M, et al. Synthesis and characterization of Ag3PO4/multiwalled carbon nanotube composite photocatalyst with enhanced photocatalytic activity and stability under visible light [J]. Journal of Materials Science, 2014,49:1585-1593.

[9] Xu H, Li H M, Xia J X, et al. One-pot synthesis of visiblelight-driven plasmonic photocatalyst Ag/AgCl in ionic liquid [J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2010,3:22-29.

[10] An C H, Wang J H, Jiang W, et al. Strongly visible-light responsive plasmonic shaped AgX: Ag (X= Cl, Br) nanoparticles for reduction of CO2to methanol [J]. Nanoscale, 2012,4: 5646-5650.

[11] Wu H W, Zhang N, Zhong J L, et al. PN compound semiconductor photocataly streviewed [J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2007,26:1669-1674.

[12] Yu H T, Quan X. Nanoheterojunction photocatalytic materials research progress in the field of environmental pollution control [J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2009,21:406-419.

[13] Katsumata H, Hayashi T, Taniguchi M, et al. Ag3PO4/AgI hybrids with highly efficient visible-light driven photocatalytic activity [J]. Materials Research Bulletin, 2015,63:116-122.

[14] Zhao Y J, Cao J, Lin H L, et al. Facile assembling of AgI/Ag3PO4via dissolution–precipitation mechanism and its excellent photocatalytic activity for contaminant removal [J]. Materials Research Bulletin, 2015,62:168-176.

[15] Bi Y P, Ouyang S X, Cao J Y, et al. Facile synthesis of rhombic dodecahedral AgX/Ag3PO4(X= Cl, Br, I) heterocrystals with enhanced photocatalytic properties and stabilities [J]. Physical Chemistry Chemical Physics, 2011,13:10071-10075.

[16] Zhao L, Chen X F, Wang X C, et al. One-step solvothermal synthesis of a Carbon@TiO2dyade structure effectively promoting visible-light photocatalysis [J]. Advanced Materials, 2010,22:3317-3321.

[17] Wang J D, Liu J K, Luo C X, et al. Silver phosphate crystal growth by screw dislocation driven of dynamic-template [J]. Crystal Growth & Design, 2013,13:4837-4843.

[18] Yu C L, Wei L F, Zhou W Q, et al. Enhancement of the visible light activity and stability of Ag2CO3by formation of AgI/ Ag2CO3heterojunction [J]. Applied Surface Science, 2014, 319:312-318.

[19] Habisreutinger S N, Schmidt-Mende L, Stolarczyk J K. Photocatalytic reduction of CO2on TiO2and other semiconductors [J]. Angewandte Chemie-International Edition, 2013,52:7372-7408.

[20] Wang K X, Shao C L, Li X H, et al. Hierarchical heterostructures of p-type BiOCl nanosheets on electrospun n-type TiO2nanofibers with enhanced photocatalytic activity [J]. Catalysis Communications, 2015,67:6-10.

Photocatalytic reduction of CO2with AgI/Ag3PO4heterojunction catalyst under visible light.

ZENG Tao, LIN Hai-yan, YU Yan, HE Zhi-qiao, SONG Shuang*(Colloge of Environment, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310032, China). China Environmental Science, 2016,36(5)：1751～1758

Photocatalytic conversion of CO2into renewable hydrocarbons using solar energy is one of the potential solutions to both global warming and fuel crisis. Of particular interest in this work, we prepared AgI/Ag3PO4heterojunction catalyst as photocatalyst to convert CO2into value-added products. The synthesis route of AgI/Ag3PO4involved first ion-exchange preparation of tetrahedron Ag3PO4followed by precipitation of AgI. The samples were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), specific surface area test (BET), and ultraviolet-visible absorption spectra (UV-Vis). With the mole ratio of AgI/Ag3PO4being 30%, the catalyst showed the best catalytic performance for reduction of CO2, and the major product was CH4. The pronounced photocatalytic performance should be attributed to the efficient separation of the light electrons and holes arisen from the p-n junction between Ag3PO4and AgI.

carbon dioxide；catalytic reduction；visible light；silver phosphate；silver iodide；heterojunction

X13,O643

A

1000-6923(2017)05-1751-08

曾 滔(1987-),男,四川达州人,讲师,博士,主要从事环境催化研究.发表论文17篇.

2016-10-13

国家自然科学基金资助项目(21607130,21477117);中国博士后科学基金(2016M90548)

* 责任作者, 教授, ss@zjut.edu.cn