Page 172 - 《精细化工》2022年第7期
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·1458·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 39 卷

            有实际应用的光催化剂，但是导带（CB）上的光生                            公司；KI、TC，AR，上海麦克林生化科技有限公司；
                    –
                                                     +
            电子（e ）很容易与价带（VB）上的空穴（h ）复                          叔丁醇（TBA）、三聚氰胺，AR，南京化学试剂有限
                                 [4]
            合，其应用仍受到限制 。因此，为了进一步给予                             公司；PS、乙二胺四乙酸二钠（Na 2EDTA）、乙二醇、
            g-C 3 N 4 充足的活性位点和较高的光生电子-空穴对                      甲醇（MeOH），AR，国药集团化学试剂有限公司。
            的分离效率，科研人员通过能带工程将 g-C 3 N 4 与其                         Ultima  Ⅳ  X 射线衍射仪（XRD），日本理学公
                                                       [5]
            他半导体复合构建异质结，如 TiO 2 /Ti 3 C 2 /g-C 3N 4 、          司；VERTEX 80V 型傅里叶变换红外光谱仪（FTIR），
                       [6]
                                      [7]
            WO 3 /g-C 3N 4 、g-C 3 N 4 /MoS 2 、g-C 3 N 4 /碳纳米管/   德国布鲁克公司；Regulus 8100 冷场发射扫描电子
                   [8]
            Bi 2 WO 6 等，在抑制电子-空穴对复合的同时，让其                      显微镜（SEM），日本日立公司；JEM-2100 UHR 高
            拥有更强的氧化还原能力。                                       分辨率透射电子显微镜（HRTEM），日本电子株式
                                                   2+
                 碘氧化铋（BiOI）是由交错的[Bi 2 O 2 ] 板块和                会社；ASAP2020 HD88 全自动比表面及孔隙度分析
            双 I 板块组合而成，2D 的枫叶状结构有利于内部电                         仪，美国麦克公司；L5S 紫外-可见分光光度计，中
                                        [9]
            场的形成和光生载流子的迁移 。对于光催化材料                             国上海仪电分析仪器有限公司。
            而言，光的吸收范围极其重要，BiOI 拥有非常窄的                          1.2   催化剂的制备
            禁带宽度（1.8~2.0 eV），这意味着从可见光到红外                       1.2.1  g-C 3 N 4 的制备
            光谱区域有相当大的光吸收范围，但是 Bi 6s 轨道和                            称取 3 g 三聚氰胺放入 30 mL 氧化铝坩埚中，
            O 2p 轨道的杂化导致其光生电子-空穴对复合率较                          然后将其置于马弗炉中，以 5  ℃/min 的升温速率加
            高  [10] 。梁家驰等   [11] 和孙海杰等    [12] 发现，BiOI 和       热至 550 ℃，并保温 3 h，然后将冷却至室温后的淡
            g-C 3 N 4 都具有 2D 层状结构，且能带匹配合适，通                    黄色固体研磨成粉末，得到 g-C 3 N 4 ，并用去离子水
            过在 g-C 3 N 4 表面原位生成 BiOI 构建 Z 型异质结                 和无水乙醇分别清洗 3 次后离心（4000 r/min），最
            （BICN），即能保留 BiOI 优异的可见光吸收能力，                       后在 70  ℃下干燥 12 h。
            又能很好地抑制电子-空穴对复合，该 Z 型异质结已                          1.2.2  BiOI/g-C 3 N 4 的制备
            经在降解偶氮染料和化工原料方面表现出良好的光                                 将 0.236 g KI 和一定量的 g-C 3 N 4 加入到 20 mL
            催化性能。除了通过能带工程改善材料自身的结构                             去离子水中，室温搅拌，形成分散液 A；在另一只
            缺陷外，光催化体系与过二硫酸盐（Persulfate，PS）                     烧杯中加入 0.689 g  Bi(NO 3 ) 3 •5H 2 O 和 20 mL 乙二
            相结合的高级氧化技术也是近些年研究的热点                      [13] 。   醇，超声 30 min，形成分散液 B；再将分散液 B 缓
            PS 可以被光催化剂活化产生具有强氧化能力的硫                            慢逐滴加入分散液 A 中，用磁力搅拌器搅拌 3 h；
                           –
            酸根自由基（•SO 4 ），其氧化还原电位（E 0 ）为 2.5~3.0               然后 4000 r/min 离心得到橘红色沉淀物，用去离子
            eV，氧化能力与羟基自由基（•OH）（E 0  = 2.8 eV）                  水和无水乙醇依次各洗涤 3 次，在 70  ℃下干燥
            相似，但其在水中持续存在的时间长达 35~45 µs，                        12 h。根据 g-C 3 N 4 的投加量，将 BiOI 和 g-C 3 N 4 质
            比•OH 更持久，且 pH 适应范围广（2~8），对含不                       量比分别为 1∶2、1∶1 和 2∶1 制得的催化剂命名
            饱和键和芳香结构的有机物选择性高                  [14-15] 。更为重     为 BICN-x（x=1、2 和 3）。
            要的是，PS 能够反哺光催化剂，利用含氧阴离子的                           1.3   表征和性能测试
                           –
            氧化性，作为 e 陷阱来降低电子-空穴对的复合效                               XRD 测试：以 Cu K α 为辐射源，扫描范围为
            率，从而提高光催化体系的性能               [16] 。                2θ=10°~70°，扫描速度为 2 (°)/min。FTIR 测试：样
                 本文拟采用简单的热聚合和原位沉积-沉淀法                          品与纯 KBr 都经过干燥处理，研磨到粒径<2 µm，
            来制备 BICN，并利用 XRD、FTIR、SEM、HRTEM、                                                              –1
                                                               然后压成半透明薄片测样，波数范围 500~4000 cm 。
            UV-Vis DRS 对光催化剂的结构、表面官能团、形貌
                                                               SEM 测试：将样品贴于黑色导电胶上，真空喷金后
            特征和光学性能进行分析。以四环素（TC）为目标
                                                               进行测样，加速电压为 1.0 kV。HRTEM 测试：用无
            污染物，LED 为光源，研究不同光催化体系对 TC
                                                               水乙醇将样品稀释到质量分数为 1%，再超声混匀后
            的降解性能。通过 PS 初始浓度对比实验、活性物质
                                                               滴在超薄碳支持膜上，装样测试。BET 测试：先将
            猝灭实验和无机阴离子影响实验，详细探究了 PS
                                                               样品 90  ℃脱水处理 1 h，随后升温至 350  ℃在真空
            对 BICN 催化体系中电子-空穴对的影响，以期为 PS
                                                               度 10 Pa 下脱气 4 h。UV-Vis DRS 测试：采用紫外-
            协同 Z 型光催化剂的进一步理论研究提供参考。
                                                               可见分光光度计，扫描波长范围 300~800 nm。
            1   实验部分                                           1.4    光催化性能评价及 PS 对其催化体系的影响
                                                                   配制质量浓度为 1、3、5、10、20、40 mg/L 的
            1.1   试剂与仪器                                        TC 溶液，采用紫外-可见分光光度计在 357 nm 下测
                 Bi(NO 3) 3 •5H 2O，AR，阿拉丁试剂（上海）有限              试各溶液的吸光度（A），得到吸光度与 TC 质量浓
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