Page 164 - 精细化工2019年第12期

·2492· 精细化工 FINE CHEMICALS
属硼酸盐材料引起了该领域一些国内外研究学者的
关注。
金属硼酸盐材料在紫外/深紫外非线性光学晶
体材料、发光材料等领域具有十分广泛的应用
近年来，科研人员对其光催化性能方面也投入了大
量研究精力。2010 年，具有 calcite 构型的 InBO 3 化
[9]
合物被报道在紫外光下可用于光解水 。2014 年，
文献 [10] 报道了 InBO 3 粉体的制备及光催化性研究，
发现 InBO 3 对 4-氯苯酚具有较高的降解效果。之后，
人们陆续报道了几种用于分解水或降解有机污染物
的硼酸盐光催化材料，例如：Bi 4B 2O 9 、K 3B 6O 10Br、
Bi 2 ZnB 2 O 7 、K 3 MB 5 O 10 (M=Zn 或 Cd)、K 3 Ta 3 B 2 O 12 、 温，经 3 次离心洗涤后，于 80 ℃下干燥 10 h 后得到
Ga 2 B 3 O 7 (OH)、Bi 2 O 2 [BO 2 (OH)]、CsZn 2 B 3 O 7 等 [11-18] ， 最终产物。为方便叙述 ，所得产物 分别标记为
这些材料均具有较好的光催化效果。
ReBO 3 (Re = In、Y、Eu……)是一类具有高化学
稳定性的光电子材料，常被用做发光材料的基质。
由于其结构中 B—O 键的存在，ReBO 3 成为了一类
禁带较宽的材料，而宽禁带的存在也说明这类材料
具有较低的光生载流子复合率 [10] ，在分解水或降解
有机物方面具有很高的催化活性，例如 InBO 3 。但
是，对于其他稀土正硼酸盐光催化活性方面的研究
鲜见报道。YBO 3 是一种良好的荧光基质材料
其较宽的禁带有利于抑制光生载流子的复合；同时，
其光生空穴的能量要更正，能直接作用在溶液中的
–
OH 和 H 2 O 分子上，使其产生•OH，或直接将吸附
−
−
在其表面的氧气分子还原为•O 2 ，•OH 和•O 2 自由基
对染料分子具有较强的氧化作用，有利于更好地降
解有机染料分子。而目前有关 YBO 3 粉体的研究主
要集中在其作为荧光基质材料方面，其光催化性能
方面的研究则鲜见报道。
本文采用水热法制备一种 Vaterite 构型 YBO 3
微米球并对其光催化活性进行研究，为 ReBO 3 硼酸
盐在光催化领域提供新的应用途径。
1 实验部分
1.1 试剂与仪器
Y 2 O 3 ，质量分数 99.99%，天津市光复精细化工
研究所；H 3 BO 3 ，AR，天津市凯通试剂有限公司；
NaOH，AR，沧州福江达化工产品有限公司；罗丹
明 B，AR，天津市永大化学试剂开发中心；硝酸，
AR，永飞化工厂。
D/max2500PC 型 X 射线衍射仪，日本理学株式
会社；BL-GHX-V 型光化学反应仪，上海比朗仪器
制造有限公司；S-4800 型场发射扫描电镜 FE-SEM，
日本日立公司；G2-F20 型高分辨透射电子显微镜，
美国 FEI 公司；SolidSpec-3700UV 型紫外可见近红
外分光光度计，日本岛津公司；ESCALAB 250xi 型
第 36 卷
X 射线光电子能谱仪，Thermo Scientific 公司；
CHI660E 型电化学工作站，上海辰华仪器有限公司。
1.2 合成方法
[6-8] 。 实验过程中采用水热法制备 YBO 3 微米球。分
别称取 Y 2 O 3 0.2258 g（0.001 mol）和 H 3 BO 3 0.1237 g
（0.002 mol），将硼酸溶于 10 mL 去离子水中得透
明溶液 A；将氧化钇用稀硝酸溶解得溶液 B，之后
将溶液 A 和溶液 B 混合，用 2 mol/L 的 NaOH 溶液
调节混合液的 pH（pH=8.0、8.5、9.0）得到反应前
驱液，然后将不同 pH 前驱液分别转移至聚四氟乙
烯水热反应釜中，于 180 ℃下保温 12 h，冷却至室
YBO 3 (8.0)、YBO 3 (8.5)和 YBO 3 (9.0)。
1.3 性能测试
1.3.1 光催化降解罗丹明 B
配制 0.02 mmol/L 罗丹明 B 溶液，移取 15 mL
该溶液于反应管中，加入 0.05 g YBO 3 粉体，暗搅拌
10 min，使 YBO 3 粉体对罗丹明 B 分子的吸附-脱附
达到平衡；采用 500 W 汞灯辐射（λ>254 nm），分
别在开灯光照一段时间（0、20、30、40、50、60 min）
[19-20] ，
后，取 5 mL 上清液测其吸光度。不同辐照时间后溶
液中罗丹明 B 的降解率由式（1）计算：
R/%=(1–c/c 0 )×100 （1）
式中：c 0 为初始阶段罗丹明 B 浓度，mol/L；c 为选
定辐照时间后罗丹明 B 上清液浓度，mol/L。
1.3.2 光电化学性能测试
在电化学系统上采用三电极法对样品光电化学
性能进行测试。待测材料为工作电极，铂片为对电
极，Ag/AgCl 作参比电极，电解液为 1 mol/L 的
Na 2 SO 4 溶液。工作电极的制备方法如下：首先，将
0.01 g YBO 3 粉体加入到 0.4 mL 无水乙醇中，超声
分散 30 min 得到悬浮液，然后，将悬浮液分 3 次旋
涂在 FTO 玻璃衬底上（1.5 cm×2 cm），最后，在室
温下自然晾干。
2 结果与讨论
2.1 结构形貌分析
分别称取 YBO 3 (8.0)、YBO 3 (8.5)和 YBO 3 (9.0) 3
种白色多晶粉末进行 XRD 分析，结果如图 1 所示。
3 种粉体均具有较强的衍射峰，在 2θ=20.10°、27.25°、
34.15°、48.20°、50.10°和 52.70°有明显衍射峰，分别
对应于标准卡片 PDF#16-0277 的(002)、(100)、(102)、
(110)、(104)和(112)晶面，并且无其他杂峰出现，说
明所合成的 3 种多晶粉体皆为六方晶系的 YBO 3 ，
空间群为 P63/m。