论文部分内容阅读
氯氧化铋作为最具有前途的半导体催化剂之一,具有高效、稳定、无毒等特点。本文第一部分介绍了溶剂热法制备BiOCl纳米微球的方法。我们以硝酸铋为铋源,十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)为氯源,采用溶剂热法合成了BiOCl纳米微球,并根据实验内容探讨了微球结构的成因。在不同参数条件下制备的BiOCl的形貌分析表明纳米微球的形成是一个乙二醇辅助生长的过程:乙二醇的两个氧原子与一个或两个铋离子配位生成铋的配位多聚物,在溶剂热过程中多聚物的铋离子之间缩合形成Bi-O-Bi结构;Bi-O-Bi单元利用乙二醇的配位作用逐步从溶液相汲取流离的铋离子,生长形成更大的BiOCl组装结构。这些BiOCl纳米片单元以晶核为中心呈辐射状生长,最终形成纳米微球结构。微球结构具有较好的光催化活性,微球的表面微孔结构有利于质量交换,因此能够改善活性。
第二部分主要阐述了BiOCl的紫外光降解机理。BiOCl为间接带隙材料,其光生电子和空穴复合速率都比较低。BiOCl的导带和价带电势分别为-1.1ev和2.4eV。因此,BiOCl在光催化过程中具有较好的活性。BiOCl在降解罗丹明B、甲基橙及苯酚是实验中展示了较高的活性。BiOCl具有较强的还原能力,这是因为其具有较负的还原电位(-1.1eV)。此外,在降解甲基橙的实验中,我们观察到了电子直接还原偶氮键过程,产物为肼的衍生物。羟基自由基是BiOCl光催化过程中的主要活性物种,并且加入甲基橙后会促进羟基自由基的产生。在跟踪苯酚中间产物的实验中,发现邻苯二酚和对苯二酚的浓度先达到最高值后又逐步降低,直至消失。这进一步证明了羟基自由基是BiOCl光催化过程中的主要活性物种,然而并未检测到有机氯化物的存在,说明氯自由基在光催化过程中不是活性物种,或者其存在非常短暂,很快失活。在光催化过程中,表面氯离子被空穴氧化产生了氯自由基。氯自由基会马上与导带电子反应生成氯离子,而不会生成有机氯化物。光催化反应结束后,溶解的氯离子会与表面缺氯的BiOCl发生复合反应,这就确保了BiOCl是一种稳定而高效的催化剂。