Page 177 - 《精细化工》2022年第7期

第 7 期 殷 超，等: PS 协同 Z 型异质结二维 BiOI/g-C 3 N 4 光催化降解四环素 ·1463·

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•OH+Cl →•Cl+OH – （6） 明。此外，PS 作为 e 陷阱影响 BICN-3 耦合界面的
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– – 2– （7） 光生 e 迁移可能体现为两个途径：一方面，Z 型异
•SO 4 +Cl →•Cl+SO 4
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SO 4 的添加对两种体系都有非常明显的抑制作 质结存在内部电场，S 2 O 8 可以掠夺从 BiOI（CB）
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用，见式（8），尽管会产生一定量的•SO 4 ，但也同 迁移到 g-C 3 N 4 （VB）的光生 e ，进一步降低 BiOI
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时消耗了大量的 h ，由猝灭实验可知，h 在降解 TC 内部的电子-空穴对复合率；另一方面，S 2 O 8 与
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的过程中起主要作用。因此，SO 4 的加入使两种体 g-C 3 N 4 （CB）的光生 e 反应，抑制 g-C 3 N 4 内部的电
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系的 TC 降解率都大幅度降低，分别从 62.0%和 88.2% 子-空穴对复合，促进 Z 型异质结电场光生 e 的迁移。
下降到 39.9%（200 mg/L）和 48.4%（100 mg/L）。
3 结论
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SO 4 +h →•SO 4 （8）
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CO 3 对单独 BICN-3 体系的抑制效果明显比 （1）BiOI 与 g-C 3 N 4 质量比为 2∶1 时所获得的
2–
BICN-3/PS 体系要大得多，可能如 SO 4 一样，猝灭 BICN-3 具有最佳的催化性能，其均匀规则的 2D 层
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了比较多的 h ，见式（9）。但是对于 BICN-3/PS 体 状结构有效解决了 g-C 3 N 4 的团聚问题，其比表面积
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系而言，水体中存在•SO 4 ，能够与 CO 3 产生反应， 为 40.663 m /g，暗条件下 TC 的吸附率为 32.7%，
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这样就可以减少 h 的消耗，见式（10）。NO 3 对该体 分别为原始 g-C 3 N 4 （6.336 m /g，10.1%）的 6.42 倍
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系的影响与 CO 3 相似。 和 3.23 倍。
2– + – （9） （2）在最佳催化条件（TC 初始质量浓度为
CO 3 +h →•CO 3
10 mg/L，BICN-3 投加量为 0.25 g/L，PS 初始浓度
– 2– – 2– （10）
•SO 4 +CO 3 →•CO 3 +SO 4
为 2 mmol/L）下，BICN-3 在 10 min 内可以快速激
以上结果说明，BICN/PS 体系在复杂环境下对
活 PS 对 TC 进行高效降解，60 min 内 TC 降解率达
TC 表现出较好的降解性能，有潜在的实际应用价 到 88.2%。此外，该体系是以 LED 为光源，有较好
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值。但是 SO 4 对其影响比较突出，在上文的 PS 初
的环保效能。
始浓度实验中，也可以证明这一点。
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（3）基于活性物质猝灭实验可知，h 是反应体
2.6 BICN-3/PS 体系机理分析
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系中主要的活性物质。PS 作为光生 e 陷阱影响
BiOI 和 g-C 3 N 4 在 LED 的照射下立即产生高能
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BICN-3 耦合界面的光生 e 迁移，与无机阴离子（Cl 、
级的光生载流子，如图 8 所示。 CO 3 、SO 4 和 NO 3 ）产生光生 e 竞争关系，抑制了
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无机阴离子对 h 的猝灭，具有一定的实用价值。
参考文献：
[1] ZHANG J, ZHANG X Y, DONG S S, et al. N-doped carbon quantum
dots/TiO 2 hybrid composites with enhanced visible light driven
photocatalytic activity toward dye wastewater degradation and
mechanism insight[J]. Journal of Photochemistry and Photobiology
A: Chemistry, 2016, 325: 104-110.
[2] WANG W (王薇), HUANG Y (黄宇), WANG Z Y (王震宇). Defect
engineering in two-dimensional graphitic carbon nitride and application
to photocatalytic air purification[J]. Acta Physico Chimica Sinica (物
理化学学报), 2020, 37(8): 58-70.
[3] HUANG L (王磊), CHENG X X (成先雄), LIAN J F (连军锋), et al.
Degradation of azo dye by catalyzed persulfate with spinel
c-CuFe 2O 4[J]. Fine Chemic (精细化工), 2021, 38(10): 2117-2124.
[4] YANG S B, GONG Y J, ZHANG J S, et al. Exfoliated graphitic carbon
nitride nanosheets as efficient catalysts for hydrogen evolution under
visible light[J]. Advanced Material, 2013, 25(17): 2452-2456.
图 8 BICN/PS 降解 TC 的机理图
[5] QUANG H V, CHI L T, AFRASYAB K, et al. TiO 2/Ti 3C 2/g-C 3N 4
Fig. 8 Mechanism diagram of TC degradation by BICN/PS ternary heterojunction for photocatalytic hydrogen evolution[J].
Chemosphere, 2021, 285: 131429.
据 UV-Vis DRS 分析，g-C 3 N 4 的 VB 和 CB 分别 [6] JIA Y H (贾永豪), CUI K P (崔康平), HUANG Q L (黄千里).
高于 BiOI 的 VB 和 CB。因此，对于 Z 型异质结， Synthesis of WO 3/g-C 3N 4 heterojunction photocatalyst and its
photocatalytic performance[J]. Acta Scientiae Circumstantiae (环境
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BiOI（CB）上的光生 e 与 g-C 3 N 4 （VB）上的光激发 科学学报), 2021, 41(12): 4852-4861.
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h 在异质结界面上结合，有效促进 BiOI 内部光生 e – [7] GAN Q M, XIAO Y Y, LI C X, et al. g-C 3N 4/MoS 2 based floating
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与 h 的有效分离。而 BiOI（VB）上的 h 作为主要 solar still for clean water production by thermal/light activation of
persulfate[J]. Chemosphere, 2021, 280: 130618.
的活性物质对 TC 进行降解，通过猝灭实验已经证 （下转第 1480 页）