Page 143 - 《精细化工》2023年第5期
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第 5 期 文 娜,等: 聚乙烯亚胺修饰坡缕石/CaIn 2 S 4 复合材料光催化降解甲基橙 ·1063·
甲烷型染料的略快。 E CB =X–E c –E g /2,E VB =E CB +E g (E c =4.50 eV;X 为半
导体内各原子绝对电负性的几何平均值;E CB 、E VB
分别为半导体的导带、价带的电势,eV),CaIn 2 S 4
的 E g 为 1.93 eV(图 4b),计算其 E CB 、E VB 分别为
–1.07、0.86 eV,即具有较高还原电势 CaIn 2 S 4 导带
– – –
(CB)上的 e 与溶液中 O 2 反应生成•O 2 (其 O 2 /•O 2
–
还原电势为–0.33 eV) [25] ,•O 2 将 MO 氧化降解为小
分子化合物(图 14)。而 PGS(PEI)对可见光反应较
+
弱,产生的少量 h 参与反应。
图 13 活性基团捕集实验
Fig. 13 Active groups trapping experiment
图 12 太阳光下 60% PGS(PEI)/CaIn 2 S 4 对 MO 和 AF 混
合染料的光催化降解率(a)和 MO、AF 混合染料
的光催化降解的 UV-Vis 吸收光谱(b)
Fig. 12 Photocatalytic degradation rates of MO and AF mixed
dyes by 60% PGS(PEI)/CaIn 2 S 4 under sunlight (a)
and UV-Vis absorption spectra of photoatalytic
degradation of MO and AF mixed dyes (b)
2.3 可能的光催化机理
图 13 为 60% PGS(PEI)/CaIn 2 S 4 光催化降解 MO
的活性基团捕获实验结果。光催化降解染料反应中
+
–
羟基自由基(•OH)、h 和超氧阴离子(•O 2 )是主要
活性物种 [28] ,30 mL 反应体系可通过加入 1 mmol
IPA、EDTA-2Na、N 2 分别进行捕获。本实验中通入
N 2 后,20 mg 60% PGS(PEI)/CaIn 2 S 4 对 30 mL 质量
浓度为20 mg/L MO 的降解率下降84.8%,仅为12.1%,
加入 IPA、EDTA-2Na 对 MO 的光降解影响较小,
–
降解率分别下降 6.6%、7.5%,因此,•O 2 是光降解
MO 体系的主要活性物种。据文献报道复合材料的
交流阻抗降低是复合材料界面间存在内置电场的直
观表现之一 [29] ,图 10a 显示 60% PGS(PEI)/CaIn 2 S 4
图 14 60% PGS(PEI)/CaIn 2 S 4 可能的光催化降解机理
的交流阻抗比 CaIn 2 S 低,表明复合材料中 CaIn 2 S Fig. 14 Possible photocatalytic degradation mechanism of
与 PGS(PEI)之间存在内置电场,电场的方向是从 60% PGS(PEI)/CaIn 2 S 4
CaIn 2 S 4 表面到 PGS 表面,在内置电场的驱动下,
+
PGS 导带上的电子与 CaIn 2 S 4 价带中的 h 复合,形 3 结论
成 S 型异质结,降低了 CaIn 2 S 光生载流子的有效分
离。同时,PGS 表面修饰的 PEI 接收了 CaIn 2 S 4 导 以 PGS(PEI)、CaCl 2 、InCl 3 、TAA 为原料,水
带的电子,提高了电子迁移率,使其参与复合材料 热法制备了 PGS(PEI)嵌入纳米花 CaIn 2 S 4 中的
表面氧化还原反应的几率增加 [19,30] 。由经验公式 PGS(PEI)/CaIn 2 S 4 复合材料。可见光下,该复合材料