Page 150 - 《精细化工》2022年第12期

·2516· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 39 卷

射线；采用扫描电子显微镜进行 SEM 表征；采用紫 2.2 UV-Vis DRS 表征
外-可见分光光度计进行 UV-Vis 漫反射光谱测定； 图 2 为改性前后 BTO 催化剂的 UV-Vis DRS 谱
使用 X 射线光电子能谱仪对样品进行 XPS 表征；使 图。由图 2 可知，制备的 BTO 和 Fe-BTO 试样在紫
用比表面及孔隙度分析仪进行 N 2 吸附-脱附分析。 外区域均有明显的吸收性能。BTO 的最大吸收波长
1.4 光催化实验 达到 467 nm，将 Fe 元素掺入到 BTO 催化剂中后，最
采用 500 W Xe 灯照射降解水中的 MB 来评估所 大吸收波长明显变大，从 BTO 的 467 nm 增大到
制备样品的光催化活性。将 50 mg 的光催化剂均匀 645 nm。这与已报道其他元素掺杂的 Bi 12 TiO 20 相比
分散在 50 mL 10 mg/L MB 溶液中。将悬浮液在黑暗 具有明显优势，其最大吸收波长比 WEI 等 [12] 制备的
中搅拌 30 min，在光照前达到吸附平衡。然后打开 N-BTO 多 150 nm。Fe-BTO 对可见光的响应范围增
Xe 灯，每隔 30 min 从染料溶液中取出 3 mL 样品， 大，增加对可见光的吸收，有利于光催化反应的进
放置在避光的地方，实验共进行 2 h。在实验结束时， 行。根据平面波密度泛函理论 [19] 计算 BTO 的电子结
使用高速离心机，在 10000 r/min 的条件下离心样 构，导带（CB）主要由 Ti 3d 轨道组成，价带（VB）
品，去除残存的催化剂，使用紫外-可见分光光度计记 主要由 O 2p 轨道与 Bi 6s 轨道杂化组成，这种杂化
录染料在紫外-可见光谱中的最大吸收峰（664 nm）变 使得 VB 向上移动，导致其带隙减小。利用光吸收
n/2
化，分析离心后液体中的染料浓度。用下式计算降 遵循的公式 [20] ：αhv=A(hv–E g ) ，其中 α、h、v、A、
解率： E g 分别代表吸收系数、Plank 常数（6.626×10 –34 J·s）、
 /%  ( 0   t ) /  0  100  (A  0 A t ) / A  0 100 光频率（单位 Hz）、常数和禁带宽度（单位 eV），
式中：η 为污染物的降解率，%；ρ 0 为污染物的初始 BTO 作为间接带隙半导体，n 取值为 4，计算得到
BTO、2% Fe-BTO、5% Fe-BTO、8% Fe-BTO 的禁带
质量浓度，mg/L；ρ t 为污染物的暗吸附或光照 t 时
宽度分别为 2.731、2.453、2.266、2.374 eV。从图 2
刻的质量浓度，mg/L；A 0 为污染物的初始吸光度；
可以看出，Fe 的掺杂使吸收边发生红移，禁带宽度
A t 为污染物暗吸附或光照 t 时刻吸光度。
减小，具有更强的可见光吸收能力。而当 Fe 掺杂量
2 结果与讨论 达到 8%时，容易引起光催化材料的团聚。同时，过
多的 Fe 掺杂还会产生更多的缺陷，使得 5% Fe-BTO
2.1 XRD 表征 的带隙最窄。
图 1 为纯 BTO 和 5% Fe-BTO 光催化剂的 XRD
谱图。由图 1 可知，2θ=24.74°、27.70°、32.90°、52.40°、
54.02°、55.60°处的衍射峰分别对应(200)、(310)、
(321)、(530)、(600)和(611)晶面 [17] ，符合 Bi 12 TiO 20
的标准卡片（JCPDS No.34-0097）。两种产物均为纯
3+
BTO，没有检测到明显的杂质峰，说明 Fe 的掺杂
3+
没有改变 BTO 的晶型。这可能是由于 Fe 浓度较低
造成的。改性后催化剂中 BTO 衍射峰的强度略有提
3+
高，说明 Fe 改性提高了 BTO 的结晶度，这可能是
Fe 本身结晶度较好所致，但是影响不大 [18] 。

图 2 改性前后 BTO 催化剂的 UV-Vis DRS 谱图（a）和

图 1 纯 BTO 和 5% Fe-BTO 光催化剂的 XRD 谱图 禁带宽度（b）
Fig. 1 XRD patterns of pure BTO and 5% Fe-BTO Fig. 2 UV-Vis DRS spectra (a) and band width (b) of BTO
photocatalysts catalyst before and after modification