Page 172 - 《精细化工》2022年第7期
P. 172
·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