碘氧化铋的制备及可见光催化性能

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纳米TiO2具有稳定性高、低成本、无毒、光催化活性高等特点,广泛应用于太阳能电池、降解有机污染物等领域。然而,TiO2的禁带宽度较大(金红石相:3.0 eV,锐钛矿相:3.2 eV),只能吸收紫外光(太阳光的3-5%),而占太阳光45%的可见光不能被利用,对太阳光的利用率很低。此外,受光激发的光生电子容易复合,导致二氧化钛光量子效率降低,从而使二氧化钛的可见光活性降低。为了发现可见光驱动下的光催化剂,大量实验室开始研究非二氧化钛催化剂。最近,三元铋氧基金属氧化物催化剂BiOI已经发现在紫外和可见光照射下展示出极好的光催化活性。BiOI由于其光学性质是重要的四五六周期三元半导体化合物,在过去的几年里,BiOI作为催化剂降解污染物为无毒的分子而修复环境已经被报道。BiOI的光催化性能已成为研究的热点。但是,目前大多数碘氧化铋的合成需要昂贵的化学试剂,高温高压的实验条件且合成的样品为不规则的片状结构或粒径较大,限制了碘氧化铋的光催化活性。本文以Bi(NO33·5H2O为Bi源,KI为碘源,通过添加乙二胺四乙酸二钠、十二烷基硫酸钠、磷酸二氢钠在常温常压下制备出一系列的花状BiOI样品及粒径较小的片状BiOI样品。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis DRS)、X射线光电子能谱(XPS)等对所制备的样品进行了表征,研究添加乙二胺四乙酸二钠、十二烷基硫酸钠、磷酸二氢钠的BiOI晶相组成、形貌、光学性能以及微观结构。并以甲基橙和罗丹明B为模拟污染物,以功率为300W、波长为420-800nm的氙灯为光源,对所制备样品进行了可见光催化测试。实验结果表明:1、添加乙二胺四乙酸二钠的样品:XRD分析表明样品为纯的碘氧化铋,随着添加量的增加样品逐渐由片状变为花状。当添加量为10%时,花状结构又被破坏,成为不规则的微球;BET分析表明,随着添加量的增加,比表面积先增大再减小。在添加量为8%时,比表面积最大为14.5 m2g-1;而XPS与EDX表明样品中只有Bi、O、I三种元素,且XPS表明样品中没有Bi2O3和金属Bi,表明样品为纯的碘氧化铋。与XRD结果相符;光催化性能的研究表明,当添加量为10%时,在240min内对甲基橙的降解率最大为79.7%,添加量为8%时,在40min内对罗丹明B的降解率最大为95.6%。2、添加十二烷基硫酸钠的样品:XRD分析表明样品为纯的碘氧化铋;SEM分析表明随着添加量的逐渐增加片状结构逐渐变小,当添加量为10%时,粒径最小,与XRD计算结果一致;BET分析表明,随着十二烷基硫酸钠的增加,比表面积先增大再减小。在添加量为10%时,比表面积最大为23.8 m2g-1;光催化性能的研究表明,随着添加量的增加,降解率呈现先增加后又降低的趋势,在添加量为10%时,降解甲基橙最好,在120min内的降解率达到94.2%。3、添加磷酸二氢钠的样品:随着添加量的增加样品逐渐由片状变为花状,当添加量为6%时,花状结构又被破坏,成为不规则的微球;BET分析表明,随着磷酸二氢钠的增加,比表面积先增大再减小。在添加量为4%时,比表面积最大为14.49m2g-1;XPS与EDX结果表明样品中有Bi、O、I、P四种元素,XPS表明样品中没有Bi2O3和金属Bi,且在O1S拟合峰中出现P<sub>O键的峰,证明磷已经掺杂到BiOI的晶格当中;光催化性能的研究表明,添加4%的磷酸二氢钠的样品对甲基橙的降解率最高在180min内为82.81%。添加量为4%时制得的样品对罗丹明B降解率最好在40min内为95.53%。光催化机理的研究表明,·O2-和h+的产生对染料的降解有着很大的影响且·O2-的作用远大于h+
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