Page 191 - 精细化工2019年第9期
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第 9 期                        吴   香,等: BiVO 4 -MnO 2 光催化剂的制备及性能                          ·1919·


                      –1
            1619.24 cm 可能为吸附水中羟基的弯曲振动峰                 [27] 。      为了进一步验证复合材料 B-M10 中 BiVO 4 与
                                                     –1
            在 BiVO 4 的红外光谱中,815.90、737.72  cm 对应               MnO 2 的复合情况,对其进行了 EDS 检测。表 2 为
            BiVO 4 中的 V—O 振动峰      [28] 。文献中 MnO 2 的特征         B-M10 的元素含量。可见,复合材料 B-M10 中的
                             –1
            峰在 400~800  cm , MnO 2 的光谱中 452.06 和               Mn 元素含量为 6.60%,进一步证明复合材料 B-M10
                     –1
            509.04 cm 处的峰对应的是 MnO 2 中 Mn—O 键的振                 中含有 MnO 2 ,这佐证了 SEM 检测结果,表明 BiVO 4 -
            动峰  [29] 。样品 B-M10 的红外光谱中,在 737.78、                MnO 2 成功制备。
                              –1
            668.79 和 477.88 cm 处有较强的振动峰,与 BiVO 4
                                                                           表 2  B-M10 的元素含量
            的 V—O 振动峰、MnO 2 的 Mn—O 振动峰的官能团
                                                                       Table 2    Elemental content of B-M10
            位置对应,说明在复合材料 B-M10 中 BiVO 4 与 MnO 2
                                                                    元素          O       V      M  n     B  i
            二者共享了相似的官能团。
                                                                 质量分数/%       27.71    12.55   6.60    53.14
                                                                 原子含量/%       73.62    10.47   5.10    10.81

                                                               2.2.4    BET 分析
                                                                   考虑到复合物比表面积对其吸附性、催化活性
                                                               有较大的影响,通过比表面积和孔径分析仪测定了
                                                               所制备的 BiVO 4 、MnO 2 和 B-M10 的比表面积,表
                                                               3 为样品孔结构参数,可见,复合物 BiVO 4 -MnO 2
                                                               的比表面积、孔隙体积随着 MnO 2 含量的增加而增
                                                               大,这可能是源于 MnO 2 纳米颗粒附着在 BiVO 4 表
                                                               面,改变了复合物表面的形貌。

                  图 3  BiVO 4 、MnO 2 和 B-M10 的 FTIR 图
                Fig. 3    FTIR spectra of BiVO 4 , MnO 2  and B-M10   表 3  BiVO 4 、MnO 2 、B-M10 的孔结构参数
                                                               Table  3    Pore  structure  parameters  of  BiVO 4 ,  MnO 2  and
                                                                       B-M10
            2.2.3    SEM 分析
                                                                                           样品
                 图 4 为 BiVO 4 、MnO 2 、B-M10 样品的 SEM 图。
                                                                              BiVO 4  MnO 2   B-M5  B-M10 B-M15
            图 4a 所示,BiVO 4 样品呈不均匀块状形貌,表面光
                                                                         2
                                                                比表面积/(m /g)    2.3   5.0   5.6   16.9   17.3
            滑;图 4b 中,MnO 2 由规则的细针状密集交织在一                                 3
                                                                孔隙体积/(cm /g)   0.070  0.022   0.053   0.079  0.108
            起,呈三维球状结构;图 4c、d 为复合材料 B-M10                         主要孔径/nm      16.65  3.75   9.02   11.63  16.99
            的 SEM,可明显地观察到少量的 MnO 2 纳米颗粒均
            匀地附着在所有 BiVO 4 的表面上,附着的 MnO 2 颗                        图 5a 是材料的 N 2 吸附-脱附等温曲线。根据
            粒增大了催化剂的比表面积,即增大了与有机染料                             IUPAC 分类的 6 种吸脱附等温线           [30]  ,各样品的 N 2
            分子的有效接触面积。                                         吸附-脱附等温线均属于“Ⅱ”型等温线,根据 0.45~
                                                               0.90  Pa  N 2 吸附量的变化判定各样品的介孔回滞环
                                                               类型为 H2 型迟滞环。从等温线的类型和形状可以
                                                               推断出,迟滞回线是由条状孔隙组成的介孔结构。
                                                               图 5b 是所制备样品的孔径分布图,结合表 3,纯
                                                               BiVO 4 孔径为 16.65 nm,MnO 2 的孔径为 3.75 nm,
                                                               B-M5、B-M10、B-M15 的主要孔径依次为 9.02、11.63
                                                               和 16.99 nm,其中 RhB 分子尺寸为 1.59 nm1.18 nm
                                                               0.56 nm,复合物的孔径均大于 RhB 分子尺寸,有利
                                                               于扩散和吸附 RhB。
                                                                   复合物的主要孔径较 BiVO 4 减小的原因可能是
                                                               部分 MnO 2 是附着在 BiVO 4 表面上的,其余 MnO 2
                                                               与 BiVO 4 基质出现交叉生长的情况导致孔径减小。

                                                               虽然复合材料主要孔径减小了但比表面积和孔隙体
            图 4    BiVO 4 (a)、MnO 2 (b)和 B-M10(c, d)的 SEM 图
            Fig. 4    SEM images of BiVO 4  (a), MnO 2  (b) and B-M10 (c,   积有较明显的增大,对复合物催化效果仍能产生积
                   d) composites                               极影响。
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