Page 145 - 《精细化工》2021年第11期

第 11 期 田 鑫，等: n-p 异质结型 Ag 3 PO 4 -LaFeO 3 /EB 复合材料的制备及其光催化性能 ·2291·

由图 8 可知，经过 4 次循环实验，Ag 3PO 4 对苯 苯酚的机理如图 9b 所示。反应过程如下 [31] ：
–
+
Ag 3 PO 4 -LaFeO 3 /EB-40%+hν→Ag 3 PO 4 (e +h )
酚的降解率从 55.4%降低至 14.2%，Ag 3PO 4-LaFeO 3
+
–
从 90.2%降低至 41.0%，而 Ag 3PO 4-LaFeO 3/EB-40%仍 -LaFeO 3 (e +h )/EB (2)
+
+
–
–
+
可达 81.6%，表明 Ag 3PO 4- LaFeO 3 /EB-40%复合材料 Ag 3 PO 4 (e +h )-LaFeO 3 (e +h )→LaFeO 3 (h )
–
在可见光下具有优异的光催化稳定性，这主要由于 -Ag 3 PO 4 (e ) (3)
+ – (4)
Ag 3 PO 4 吸附在 EB 的表面，n-p 异质结提高了载流 2H +O 2 +Ag 3 PO 4 (2e )→H 2 O 2
–
子的分离效率，从而使得 Ag 3 PO 4 在长时间光照后依 Ag 3 PO 4 (e )+H 2 O 2 →•OH+OH – (5)
+
–
旧保持着高活性。循环实验前后 Ag 3 PO 4 -LaFeO 3 / LaFeO 3 (h )+OH →•OH (6)
+
EB-40%的 XRD 晶形基本保持不变，证明 Ag 3 PO 4 - •OH, LaFeO 3 (h )+苯酚→H 2 O+CO 2 (7)
LaFeO 3 /EB-40%具有良好的稳定性。 由于 n 型 Ag 3 PO 4 与 p 型 LaFeO 3 的费米能级不
2.5 光催化机理 同，当 LaFeO 3 与 Ag 3 PO 4 复合后形成 n-p 异质结，
利用过氧化氢酶、Cr(Ⅵ)、草酸钠（Na 2 C 2 O 4 ）、 使得电子在两种材料之间转移，最终达到费米能级
–
−
+
异丙醇 [36] 和 V C 作为 H 2 O 2 、e 、h 、•OH 和•O 2 的捕 平衡。由于 LaFeO 3 的导带（CB）边高于 Ag 3 PO 4 ，
获剂，浓度均为 4 mol/L，探讨光催化反应过程中主 而 Ag 3 PO 4 的价带（VB）边低于 LaFeO 3 ，使得在 n-p
要活性物种的作用机制，结果见图 9a。由图 9a 可知， 异质结界面形成内部电场。当材料处于光照条件下
加入过氧化氢酶、Cr(Ⅵ)和 V C 后，苯酚的降解率分 时，价带电子被激发跃迁至导带并留下空穴。在电
–
别下降了 26.0%、15.2%和 8.9%，表明 H 2 O 2 、e 、 场力作用下，LaFeO 3 导带上的电子迁移到 Ag 3 PO 4
−
•O 2 不是主要活性物质。加入 Na 2 C 2 O 4 和异丙醇后， 的导带上，而 Ag 3 PO 4 价带上的空穴则迁移到 LaFeO 3
+
苯酚降解率分别降低了 74.4%和 31.8%，说明 h 和 的价带，因此光生电子-空穴对重结合被抑制。此时，
−
2
•OH 是最主要的活性物种。 O /•O 2 （–0.330 eV vs. NHE）的氧化还原电位比
Ag 3 PO 4 的导带电势（0.450 eV）更低，因此 Ag 3 PO 4
−
−
导带上的电子不能将 O 2 还原为•O 2 ，•O 2 不是主要的
活性物质。但是，由于 Ag 3PO 4 导带电势比 O 2/H 2O 2
（0.685 eV vs. NHE）的氧化还原电位更低，吸附在
+
催化剂表面的 O 2 先通过与溶液中两个 H 生成 H 2O 2
〔式(4)〕，再与一个电子结合生成•OH〔式(5)〕。此外，
LaFeO 3（2.115 eV vs. NHE）的价带电势比•OH/OH –
（1.990 eV vs. NHE）的氧化还原电位更高，因此
–
LaFeO 3 在价带上积累的空穴可以将 OH 氧化为•OH
〔式(6)〕，从而参与到反应中。
3 结论

采用原位沉 积 -沉淀法合成了一 种 Ag 3 PO 4 -
LaFeO 3 /EB-40%复合光催化剂。通过在 Ag 3 PO 4 和
LaFeO 3 之间构建 n-p 异质结结构，显著增强了材料
的光催化性能。
研究发现，pH 对光催化性能具有显著影响，在
pH 为 7 时，Ag 3 PO 4 -LaFeO 3 /EB-40%对苯酚的降解
率达到 97.0%。复合材料的循环使用稳定性能显著
提高， 4 次循环实验后苯酚的降解率仍能达到

图 9 不同猝灭剂对 Ag 3 PO 4 -LaFeO 3 /EB-40%降解苯酚的 81.6%。在 Ag 3PO 4-LaFeO 3/EB-40%可见光体系中，•OH
+
性能影响（a）与 Ag 3 PO 4 -LaFeO 3 /EB-40%的光催化 和 h 对光催化降解苯酚起重要作用。
降解机理（b）
Fig. 9 Effects of scavengers on the phenol degradation by 参考文献
Ag 3 PO 4 -LaFeO 3 /EB-40% (a) and schematic diagram [1] HU J S, ZHANG P F, CUI J F, et al. High-efficiency removal of
of photodegradation by Ag 3 PO 4 -LaFeO 3 /EB-40% (b) phenol and coking wastewater via photocatalysis-Fenton synergy

over a Fe-g-C 3N 4 graphene hydrogel 3D structure[J]. Journal of
因此，推测 Ag 3 PO 4 -LaFeO 3 /EB-40%光催化降解 Industrial and Engineering Chemistry, 2019, 84: 305-314.