Page 139 - 《精细化工》2021年第8期

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第 8 期 王延炜，等: Bi /Bi 2 O 2 CO 3 /N-TiO 2 复合材料的制备及其光催化性能 ·1633·

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Bi 和 Bi 2 O 2 CO 3 复合量子点的引入显著改善了 TiO 2
可见光下的光催化活性。结果表明，三组分的成功
结合及 TiO 2 中氮的掺杂在促进罗丹明 B 的光降解中
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起重要作用。一方面，Bi 和 Bi 2 O 2 CO 3 的复合量子
点可以充当电子受体，当材料被可见光照射后生成
电子和空穴，一部分电子可以快速转移至量子点上，
进而减少了光生电子和空穴的复合率 [23] 。另一方面，
氮元素的成功掺杂改变了能带结构，产生杂质能级，
这有利于 TiO 2 对于可见光范围的响应 [9-10] 。在这两
方面的相互作用下，TiO 2 的可见光催化活性得到有
效提高。
如图 7b 所示，当 BQ 加入反应体系中时，罗丹
明 B 的光催化降解率未明显下降。但加入 EDTA-2Na
+
和 t-BuOH 后，降解率明显降低，这表明 h 和•OH 是
该材料参与光催化降解罗丹明 B 的主要活性物质。
利用光催化剂寿命实验探究光催化剂的稳定
性，结果如图 7c 所示。催化剂的光降解活性在 4 个
循环中没有明显下降，保持在 94.7%以上，说明材
料具有优异的稳定性。
利用 UPLC-MS/MS 探究在可见光照射 3 h 后罗
丹明 B 溶液的降解情况，结果如图 7d 所示，图 7d
1 为罗丹明 B 溶液光照 3 h 后的总离子流色谱图，
图 7d 2、3 分别为罗丹明 B 溶液光照 3 h 后的中间

产物的 LC-MS 图谱。m/Z=331.1078 和 262.2173 分 图 7 在可见光照射下 TiO 2 和 Bi /Bi 2 O 2 CO 3 /N-TiO 2 的光
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别对应罗丹明 B 脱去 3、4 个乙基的准分子离子峰 催化活性（a）、自由基捕获实验结果（b）、循环实
[24]
（结构见图 7d） ，这证明罗丹明 B 的降解过程伴 验（c）和罗丹明 B 降解溶液的质谱图（d，插图为
随着乙基的脱离。此外，经过 3 h 可见光照射，罗丹 降解的实际效果）
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明 B 溶液的质谱中离子峰仅显示出微弱的响应强度， Fig. 7 Photocatalytic activity of TiO 2 and Bi /Bi 2 O 2 CO 3 /
N-TiO 2 under visible light irradiation (a), results of
这表明大部分罗丹明 B 已成功转化为 CO 2 和 H 2 O。 active species-trapping experiments (b), recycling
experiments (c) and mass spectra of degraded Rh B (d,
the insert is the actual effect of degration)

2.7 光催化降解罗丹明 B 机理分析
基于上述表征，提出了光降解的反应机理如图 8
所示。

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图 8 Bi /Bi 2 O 2 CO 3 /N-TiO 2 的光催化机理示意图
Fig. 8 Schematic illustration for the photocatalytic mechanism
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over the Bi /Bi 2 O 2 CO 3 /N-TiO 2