Page 174 - 《精细化工》2022年第7期

·1460· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 39 卷

表 1 g-C 3 N 4 与 BICN-x 异质结的织构参数 建的 BICN-3 拥有 BiOI 的特性，表现出很强的吸光
Table 1 Texture properties of g-C 3 N 4 and BICN-x catalysts 特性，出现了明显的红移现象，可见光响应更强，
3
2
样品 比表面积/(m /g) 总孔容/(cm /g) 平均孔径/nm 并且有较窄的禁带宽隙。禁带宽隙通过 Tauc Plot 公
6.336 0.0396 19.1323 [10]
式（3）计算得出 ：
g-C 3N 4
BICN-1 18.521 0.1257 14.7584 2
BICN-2 31.787 0.2150 17.5014 (h )v n  A(hv E g ) （3）
BICN-3 40.663 0.2474 20.0864 –1
式中：α 为吸收系数，cm ；h 为普朗克常量，J·s；

由表 1 可知，g-C 3 N 4 的比表面积非常小，只有 ν 为入射光频率，Hz；A 为常数；E g 为禁带宽度，
2
6.336 m /g，证明了 g-C 3 N 4 存在容易团聚的问题。 eV；n 与催化剂中的光学跃迁类型有关，这 3 种样
而 BICN-x 的比表面积比 g-C 3 N 4 大幅度增大，原因 品皆属于间接跃迁，所有 n=4。
可能是 BiOI 的 2D 层状结构相比于 g-C 3 N 4 更加规则 根据式（3），以(αhv) 1/2 为纵坐标，hv 为横坐标
均匀，当 BiOI 与 g-C 3 N 4 复合构成异质结，解决了 绘制带隙图，结果见图 3b。由图 3b 可知，g-C 3 N 4 、
g-C 3 N 4 易团聚的问题。随着 BiOI 占比的逐渐增加， BiOI 和 BICN-3 的带隙宽度分别为 2.70、1.89 和 2.09
样品的比表面积逐渐增大，其中，BICN-3 比表面积 eV，与上文 UV-Vis DRS 谱图相符，g-C 3 N 4 的带隙
2
最大，为 40.663 m /g，是 g-C 3 N 4 的 6.42 倍，具体 宽带比较宽，但是与 BiOI 复合后形成了非常窄的异
顺序为 BICN-3>BICN-2>BICN-1>g-C 3 N 4 ，这将使 质结带隙宽度，有利于光生载流子从 VB 跃迁到 CB，
BICN-x 的吸附性能有一定程度的提升。 从而提高了光生电子-空穴对的生成速率。
2.1.4 UV-Vis DRS 分析 2.2 BICN-x/PS 体系性能评价
对 g-C 3 N 4 、BiOI 和 BICN-3 进行了 UV-Vis DRS 为了研究 BICN-x/PS 体系的光催化性能，在
测试及带隙分析，结果见图 3。 100 mL TC（质量浓度为 10 mg/L）水溶液中加入
25 mg 光催化剂（初始质量浓度为 0.25 g/L）、54 mg
PS（初始浓度为 2 mmol/L），pH 保持中性，在 LED
下进行控制实验，结果见图 4。
由图 4a 可知，在没有添加任何光催化剂（空白
组）的条件下，TC 在水环境中是相对稳定的，而加
入 PS 后，TC 降解率也没有明显提高，说明 PS 在
LED 下无法被充分激活。当引入 BICN-3 后，TC 降
解率在 60 min 时达到 62.0%，是纯 g-C 3 N 4 （38.4%）
的 1.61 倍，且 BICN-3 的暗反应吸附率达到了 32.7%，
是 g-C 3 N 4 （10.1%）的 3.23 倍，说明 g-C 3 N 4 与 BiOI
复合可以增大催化剂的比表面积，有助于催化剂吸
–
附更多 TC 分子，使其与 2D 薄片表面的 e 反应。此
外，g-C 3 N 4 与 BICN-3 添加 PS 后，TC 降解率分别
提高到 57.8%和 88.2%，证明 PS 在光催化降解过程
中发挥着重要作用。由图 4b 可知，当 BiOI 与 g-C 3 N 4
的质量比达到 2∶1 时，TC 降解效果较好，此时的
活性位点被充分激发出来，并且暗吸附性能与表 1
的比表面积相吻合。然而 BICN-x 在 LED 下对 TC
的光催化降解效果并不是随着 BiOI 质量占比的增

图 3 g-C 3 N 4 、BiOI 和 BICN-3 的 UV-Vis DRS 谱图（a） 加而增强（图 4c）。本研究进一步制备了 BiOI 和
及带隙图（b） g-C 3 N 4 质量比为 4∶1 和 8∶1 的 BICN-x，分别命名
Fig. 3 UV-Vis DRS spectra (a) and band gaps (b) of 为 BICN-4、BICN-5。尽管 BICN-4 和 BICN-5 在暗
g-C 3 N 4 , BiOI and BICN-3
吸附上有所增加，但是效果提升不明显，并且在光
由图 3 可知，所有样品在可见光区域都有吸收， 反应阶段明显不如 BICN-3。因为过量的 BiOI 无法
其中 g-C 3 N 4 的带隙较宽，吸光性能较差，基本吸收 与 g-C 3 N 4 产生合适的界面耦合，XRD 谱图表明，
边缘出现在 470 nm 附近，而 BiOI 在 637 nm 附近， BiOI 的质量占比增加，g-C 3 N 4 的衍射峰强度逐渐减
吸光性能较强。值得注意的是，相对于 g-C 3 N 4 ，构 小，两者相互作用力减弱，电荷迁移效果呈现负相