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·
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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
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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
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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
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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。
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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 nm1.18 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。