BiOCl納米結(jié)構(gòu)的制備、修飾及其光催化性能.pdf

1、光催化技術(shù)具有能耗低，經(jīng)濟性好，安全無毒，無污染，氧化能力強，降解效率高等優(yōu)點，是一種解決目前能源問題和環(huán)境問題的重要綠色方法，因而成為目前研究的熱點之一，而其中光催化劑是光催化技術(shù)的核心與關(guān)鍵。BiOCl因其特殊的層狀結(jié)構(gòu)而具有優(yōu)異的光催化活性，從而在眾多光催化劑中脫穎而出，成為研究的焦點之一。本文用溶劑熱法制備了具有高光催化性能的BiOCl納米片，并以此為基體，用原位還原、氧化以及水解法，再分別在BiOCl表面沉積了Bi和Bi2O3

2、納米顆粒，進一步提高BiOCl的光催化性能，并初步探索其光催化過程及機理。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)以乙二醇水溶液為溶劑，溶劑熱法制備了BiOCl方形納米片，并通過XRD，SEM，EDS，HRTEM以及SAED對其成分結(jié)構(gòu)以及表面形貌進行表征。表征結(jié)果表明所制備樣品為300～600 nm左右的BiOCl方形納米片。研究了不同溶劑熱時間及不同溶劑所制各樣品，根據(jù)其組織結(jié)構(gòu)及形貌來探索BiOCl的生長過程及機理，發(fā)現(xiàn)BiOCl自身

3、層片狀結(jié)構(gòu)及乙二醇的交聯(lián)絡(luò)合和優(yōu)先吸附作用導致其方片狀形貌。在紫外光照射下，20 mg BiOCl納米片可完全降解15 mL20 mg/L模擬污染物甲基橙(MO)，優(yōu)于用于對比而制備的BiOCl微米球;通過重復性實驗及長時間放置樣品的光催化實驗表明BiOCl納米片具有優(yōu)良的穩(wěn)定性。
　　(2)以BiOCi納米片為基體，以KBH4溶液為還原劑，通過原位還原方法成功制備了Bi/BiOCl復合光催化劑。Bi納米顆粒均勻分布于BiOCl表

4、面，其尺寸約為5～20 nm，大小和沉積量可以通過調(diào)節(jié)KBH4溶液濃度來改變。Bi沉積樣品相比BiOCl納米片在紫外和可見光范圍光催化性能均有較大幅度提升。當KBH4溶液濃度為25mmol/L時，Bi/BiOCl樣品具有最好的光催化性能，其中紫外光8 min對MO的降解率可達到100％，可見光2h對MO的降解率可達到75％。Bi/BiOCl-25樣品在紫外光下可連續(xù)10次完全降解MO溶液，說明光催化性能完全沒有下降;不同批次制備的Bi/

5、BiOCl-25樣品同樣條件下均可完全降解MO溶液，最大標準誤差僅為2.949％，說明樣品性能穩(wěn)定。Bi金屬顆粒抑制了BiOCl光生電子與空穴的復合，從而導致了樣品紫外光性能的提升;而其可見光性能提升則是由于Bi納米顆粒所具有的間接遷移半導體特征。在光催化過程中添加不同活性基團抑制劑，結(jié)果表明超氧自由基·O2-是光催化過程中起主要作用基團。
　　(3)以H2O2為氧化劑，對上述Bi/BiOCl納米片進行氧化，制備了Bi2O3/Bi

6、OCl異質(zhì)結(jié)。Bi2O3納米顆粒均勻分散于BiOCl納米片的表面，其大小尺寸約為10～25nm。Bi2O3/BiOCl具有分級層狀結(jié)構(gòu)，層間距約為4nm左右，整個納米片由幾個超薄亞片組成，呈凸透鏡形狀。這種分級結(jié)構(gòu)的Bi2O3/BiOCl納米片具有較高的光吸收及吸附性能。同時Bi2O3/BiOCl異質(zhì)結(jié)有著遠超BiOCl納米片的紫外光光催化性能，其中Bi2O3/BiOCl-20納米片的光催化活性最高，在紫外光下8 min內(nèi)對MO降解率能

7、夠達到93.6％。光催化性能的提高主要是由于其超薄結(jié)構(gòu)有效縮短載流子傳輸距離，減少光生電子空穴的復合;異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的空間電荷層會引起光生電子和空穴的反向流動，從而抑制其光生電子和空穴的復合，進而提高光催化性能。實驗表明Bi2O3/BiOCl樣品參與光催化反應(yīng)的主要活性因子為超氧離子，而空穴和羥基自由基起輔助作用。
　　(4)用普朗尼克F127及抗壞血酸輔助合成了Bi2O3/BiOCl異質(zhì)結(jié)材料，并采用XRD，SEM，HRTEM及XP

8、S等方法表征其組織成分及形貌結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明10nm左右大小的納米顆粒成功沉積于BiOCl納米片的表面，形成Bi2O3/BiOCl異質(zhì)結(jié)。光催化實驗表明Bi2O3/BiOCl納米復合材料具有非常好的紫外光光催化性能:300W高壓汞燈下，10 mg光催化劑能夠在8min內(nèi)完全降解10 mL40 mg/L MO溶液。重復性實驗則證明Bi2O3/BiOCl納米復合材料不僅具有高效的光催化性能，而且還具有超強的穩(wěn)定性，可連續(xù)10次光催化降解甲基橙