Page 130 - 《精细化工》2021年第9期

·1844· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷

相应的光催化活性。
2.8 光电流分析
为了分析样品中光生电子和空穴的分离和迁移
效率，对 Bi 2 S 3 和 47% Bi 2 S 3 /CNFs 复合材料进行光
电流测量。以氙灯为光源，Na 2 SO 4 为光电流测试的
电解质，光电流测试前等待 30 s 开始测试，光照
20 s，遮光 20 s，得到图 8。

图 6 样品的紫外-可见漫反射吸收光谱（a）和光学带隙
分布（b）
Fig. 6 UV-Vis diffuse absorption spectra (a) and optical
bandgap distribution (b) of samples

如图 6a 所示，当掺杂 CNFs 时，可见光的吸收
增强，这归因于 CNFs 中三维结构中的光透射和散
射 [27-28] 。众所周知，提高光吸收强度，可促进更多
的电子-空穴对的产生，并最终提高光催化活性 [29-30] 。
根据半导体禁带求导公式： 图 8 Bi 2 S 3 和 Bi 2 S 3 /CNFs 复合材料光电流谱图
Fig. 8 Photocurrent density patterns of Bi 2 S 3 and Bi 2 S 3 /
(h )v 1/n  B(hv E ) （3） CNFs
g
式中：α 是光学吸收系数；h 是普朗克常量，6.626× 所有样品在可见光照射下都表现出可逆的光电
10 34 J·s；v 是光的频率，Hz；B 是比例常数；E g 是 流响应，表明由水热法制备的样品电极十分稳定。
禁带宽度，eV [31] 。因为 Bi 2 S 3 是一种间接半导体， Bi 2 S 3 /CNFs 复合材料由于界面电荷的快速传递能够
n=1/2 [32] 。 有效地抑制光生电子-空穴对复合，促进光生载流子
如图 6b 所示，Bi 2 S 3 和 Bi 2 S 3 /CNFs 复合材料的 的高效分离，所以在相同的条件下测试得到的
E g 分别为 1.7 和 1.3 eV。 Bi 2 S 3 /CNFs 复合材料的光电流密度大于 Bi 2 S 3 。由此
2.7 PL 分析 可以说明，CNFs 的引入有效促进了光生电荷载流子
测定 Bi 2 S 3 和 47% Bi 2 S 3 /CNFs 复合材料的光致 的分离以及抑制了电子-空穴对的重组，进而提高了
发光（PL）发射光谱来研究其电荷转移和复合行为， 相应的光催化活性。
如图 7 所示。 2.9 光催化性能及机理

2.9.1 光催化性能
为了评估 Bi 2 S 3 和 Bi 2 S 3 /CNFs 复合材料的光催
化性能，在相同的条件下对 MTZ 进行光催化降解实
验，结果见图 9。
在此之前先对样品的吸附效果进行评测，结果
如图 9a 所示，吸附 30min 时所有样品均达到吸附平
衡，CNFs 的掺入使 Bi 2 S 3 /CNFs 复合材料的吸附能
力提升，这是因为 CNFs 具有较高的吸附能力，而
吸附能力的提升可使 Bi 2 S 3 /CNFs 样品与 MTZ 分子

更有效地结合在一起，从而提升样品对 MTZ 光催化
图 7 Bi 2 S 3 和 Bi 2 S 3 /CNFs 的 PL 谱图 降解能力。从图 9b 中可以看出，当 CNFs 掺量为 47%
Fig. 7 PL spectra of Bi 2 S 3 and Bi 2 S 3 /CNFs
时，样品对 MTZ 的降解率为 92%，达到最优光催

光诱导电子和空穴的复合对光催化剂的光催化 化效果。CNFs 具有较高的电子导电性，适量 CNFs
性能有很大影响，电子-空穴的复合速率与光致发光 可加速电子传导效率，提高光生电子-空穴对的分离
强度成正比。比较而言，Bi 2 S 3 /CNFs 样品的 PL 光 效率。当 CNFs 掺量>47%后，样品对 MTZ 的光催
谱强度低于 Bi 2 S 3 样品，说明 Bi 2 S 3 /CNFs 样品中的 化性能开始降低，这可能是因为随着 CNFs 含量的
电荷复合可以被有效地抑制。因此，CNFs 的引入可 提升，CNFs 覆盖住 Bi 2 S 3 颗粒，影响 Bi 2 S 3 纳米颗
以明显抑制光生电子-空穴对的复合率，进而提高了 粒对光的吸收利用，从而导致光催化活性的下降。