Page 136 - 《精细化工》2021年第8期

·1630· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷

按式（1）计算： 2.2 SEM/TEM 分析
R/%=(1–ρ t /ρ 0 )×100 （1） 为进一步观察样品的形貌，对样品进行 SEM 和
式中：ρ 0 是光照前水中罗丹明 B 的质量浓度，mg/L； TEM 测试，结果见图 2。
ρ t 是光照 t 时刻水中罗丹明 B 的质量浓度，mg/L。
1.4 自由基捕获实验
通过自由基捕获实验探索罗丹明 B 光降解过程
中的主要活性物质。在自由基捕获实验中，分别在
反应体系中利用 5.0 mmol/L EDTA-2Na、5.0 mmol/L
+
t-BuOH 和 5.0 mmol/L BQ 作为空穴（h ）、羟基自
2–
由基（•OH）和超氧自由基（•O ）的自由基捕获剂。
实验中将自由基捕获剂，催化剂和罗丹明 B 溶液分
别加入到反应管中，然后按照 1.3 节中反应条件进
行光催化降解罗丹明 B 实验。
1.5 光催化材料的寿命实验
光催化降解罗丹明 B 实验结束后，利用高速离
心机（转速 10000 r/min）将催化剂与罗丹明 B 溶液
分离，用乙醇和水反复洗涤催化剂，–50 ℃冷冻干
燥 48 h 后收集催化剂，并用于下次光催化降解实验。

0
2 结果与讨论 图 2 TiO 2 和 Bi /Bi 2 O 2 CO 3 /N-TiO 2 的 SEM（a, b）和 TEM
（c, d）照片
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2.1 XRD 分析 Fig. 2 SEM (a, b) and TEM (c, d) images of TiO 2 and Bi /
Bi 2 O 2 CO 3 /N-TiO 2
0
通过 XRD 确定 TiO 2 和 Bi /Bi 2 O 2 CO 3 /N-TiO 2 的
晶相组成，结果如图 1 所示。 TiO 2 （图 2a）和 Bi /Bi 2 O 2 CO 3 /N-TiO 2 （图 2b）
0

都呈现出比较均匀的带状结构，证明 TiO 2 的后修饰
步骤并没有破坏其原始带状结构。对比 TiO 2 光滑
的带状结构（图 2c 长度为 150~200 nm，宽度为 5~
0
10 nm），发现 Bi /Bi 2 O 2 CO 3 /N-TiO 2 （图 2d）呈现与
TiO 2 相似的带状结构，同时表面生长出均匀的纳米
粒子。
用 STEM 观察样品的微观结构，结果如图 3a
0
所示。Bi /Bi 2 O 2 CO 3 /N-TiO 2 的带状结构表面生长出
均匀的纳米颗粒，所有铋元素都附着在较亮的纳米

0
颗粒上。此外，Bi /Bi 2 O 2 CO 3 /N-TiO 2 的电子衍射图
0
图 1 TiO 2 和 Bi /Bi 2 O 2 CO 3 /N-TiO 2 的 XRD 谱图 如图 3b 所示，在图中发现了属于 TiO 2 锐钛矿相的
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Fig. 1 XRD patterns of TiO 2 and Bi /Bi 2 O 2 CO 3 /N-TiO 2
(101)平面，TiO 2 金红石相的(101)平面，Bi 2 O 2 CO 3

0
0 的(161)、(2120)平面和 Bi 的(104)、(113)平面，说
由图 1 可见，Bi /Bi 2O 2 CO 3 /N-TiO 2 显示出与 TiO 2
0
非常相似的衍射峰，与锐钛矿相（PDF#86-1156） 明 TiO 2 NBs、Bi 和 Bi 2 O 2 CO 3 的成功复合。对所制
和金红石相（PDF#21-1276）衍射峰一致，说明所 备的光催化剂进行元素分析，如图 3d 所示，N 均匀
制备材料中 TiO 2 是锐钛矿和金红石构成的双晶相结 地分布在纳米带上，而 Bi 元素主要集中于量子点位
构 [20] ，并且具有相似衍射峰，说明后续反应过程没 置。说明 N 元素对 TiO 2 NBs 的成功掺杂以及 Bi 主
有破坏 TiO 2 的晶体结构。但与 TiO 2 的 XRD 曲线相 要存在于量子点中且未发生团聚。此外，统计了
0
比，Bi /Bi 2 O 2 CO 3 /N-TiO 2 在 2θ=27.16°、37.95°、39.62° STEM 图中所制备材料 TiO 2 表面上较亮颗粒的大
和 23.90°、30.30°、32.73°出现新的衍射峰，分别对 小，如图 3c 所示，约 80%的颗粒直径为 1.2~2.1 nm，
应单质铋的（012）、（104）、（110）和碳酸氧铋的 属于量子点级别。结合 STEM 和 XRD 结果，推测
0
0
（121）、（161）、（002）晶面，初步表明 Bi 的成功 表面颗粒为 Bi 和 Bi 2 O 2 CO 3 的复合量子点，进一步
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还原和 Bi 2 O 2 CO 3 的成功制备。 证明了 TiO 2 、Bi 和 Bi 2 O 2 CO 3 的成功复合。