BiOCl光催化劑的醇熱控制合成*

蔣 芬，黃曼艷，曾云婷，黃 欽

（廣西民族大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，廣西　南寧　530006）

BiOCl光催化劑的醇熱控制合成*

蔣 芬，黃曼艷，曾云婷，黃 欽

（廣西民族大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，廣西南寧530006）

通過只改變醇的種類合成了3種具有不同形態(tài)的BiOCl，發(fā)現(xiàn)醇的種類是影響最終產(chǎn)物形態(tài)的關(guān)鍵因素.考察這3種不同形貌的BiOCl在可見光下降解水溶液中污染物羅丹明B的光催化活性，實驗結(jié)果表明，不同形貌的產(chǎn)物的光催化活性有很大差異.文章進一步探討了產(chǎn)生這種差異的可能原因.

醇熱控制合成；氯氧化鉍；光催化；納米材料

0　引言

隨著環(huán)境問題的日益嚴(yán)重，功能材料的環(huán)境友好型合成和污染物的綠色處理技術(shù)引起了人們的廣泛關(guān)注[1－3].其中，利用太陽光處理空氣和水中的污染物的光催化劑就是一種典型的綠色處理技術(shù)[4].

納米BiOCl半導(dǎo)體材料由于其光催化性能高、化學(xué)性能穩(wěn)定、無毒、價格低廉等優(yōu)點，在光催化處理有機污染物方面引起了廣泛注意，并在近年得到了大量的研究[5].目前以BiOCl光催化材料為基礎(chǔ)的光催化技術(shù)與傳統(tǒng)污染處理技術(shù)相比具有諸多優(yōu)點，例如：利用太陽能、降解有機物無選擇性、工藝設(shè)備簡單易控制、無二次污染等[6－7].

但是BiOCl材料也存在許多不足，如可見光利用率低等[8].改變它的形貌和結(jié)構(gòu)，從分子、納米及微米多尺度、多層次的設(shè)計新型功能化的光催化劑是改善光催化劑性能的有效途徑之一[9].在這篇文章中，我們通過只改變醇的種類合成了BiOCl光催化劑，研究發(fā)現(xiàn)醇的種類是醇熱合成BiOCl光催化劑過程中影響光催化劑形貌和性能的重要因素.

1　實驗部分

1.1儀器和藥品

德國SUPRA55Sapphire場發(fā)射掃描電子顯微鏡，BrukerD8型X射線衍射儀，OXFORD XMax51－XMX1004能譜儀，美國Agilent Cary60紫外－可見分光光度計，LD5－2A型低速離心機.

硝酸鉍Bi（NO3）3·5H2O（AR），氯化鉀（AR），氫氧化鈉NaOH（AR），鹽酸HCl（AR），正丙醇C3H7OH（AR），無水乙醇C2H5OH（AR），丙三醇C3H8O3（AR），乙二醇（CH2OH）2（AR），硝酸銀Ag－NO3（AR），羅丹明B C28H31CIN2O3（AR）.

1.2不同形貌BiOCl的制備

分別取0.8mmol Bi（NO3）3·5H2O溶于38ml丙三醇、乙醇和乙二醇中，將2ml（0.8mmol）KCl逐滴滴入上述溶液，攪拌10分鐘后裝入不銹鋼高壓釜中，110℃下加熱6小時.產(chǎn)品經(jīng)離心后得到固體粉末.分別用去離子水和乙醇將固體粉末洗滌數(shù)次，產(chǎn)物在60℃下烘干[10].

1.3 光催化反應(yīng)

向反應(yīng)器中加入50ml的光催化反應(yīng)指示劑（RhB）（10mg/L）溶液，各加入10mg AgCl/ BiOCl催化劑，在磁力攪拌下暗攪拌60min以達到吸附－解吸平衡，光照所用的光源為300W氙燈，光催化反應(yīng)時燈與反應(yīng)器中心間距為20cm.在光催化過程中，取吸附－解吸平衡后的濃度為初始濃度C0，每隔2min取樣5ml，離心后用紫外－可見分光光度計檢測染料溶液的吸光度，以去離子水為參比液.

2　結(jié)果與討論

2.1催化劑的表征結(jié)果

2.1.1XRD譜

圖1為不同溶劑所得產(chǎn)物的XRD圖，從圖1中可以看出，不同溶劑條件下所得BiOCl樣品在2θ＝12.0°，24.1°，26.0°，32.4°，33.6°，41.0°，46.1°，54.4°和58.7°處均有很強的衍射峰，分別對應(yīng)于正方晶系的BiOCl（001），（002），（011），（110），（012），（112），（020），（121）和（122）晶面.但不同溶劑條件下所得樣品的衍射峰強度稍有差別，這可能與XRD衍射儀的掃描速度和樣品的結(jié)晶度有關(guān).

圖1　不同溶劑所得產(chǎn)物的XRD圖Fig.1　XRD patterns of every samples

2.1.2SEM結(jié)果

為了了解不同醇為溶劑對樣品形貌的影響，我們對3種產(chǎn)物進行了SEM表征，表征結(jié)果如圖2所示.由圖2的掃描電鏡圖像可以看出，以丙三醇為溶劑時樣品為花球狀，以乙醇為溶劑時樣品為片狀，以乙二醇為溶劑時樣品為片組裝球狀.3種樣品有著截然不同的形貌.

圖2　丙三醇（a）、乙醇（b）、乙二醇（c）為溶劑時樣品的SEM圖像Fig.2　SEM images of BiOCl powders using different Alcohols as the solvent

2.2催化劑的光催化性能和機理分析

不同醇為溶劑條件下的BiOCl樣品的光催化活性是通過可見光照射下降解水溶液中染料羅丹明B來評價的.文獻表明，這種染料是穩(wěn)定的，在沒有催化劑的條件下基本不可分解[11].

圖3是在不同催化劑作用下，RhB在光照下濃度隨時間的變化圖.從圖3可知，RhB溶液的特征吸收峰在550nm處，降解過程中溶液的特征吸收峰發(fā)生了明顯變化，隨著時間的延長，吸收峰的強度逐漸減弱.以丙三醇為溶劑的樣品催化劑在12min時吸收峰的強度幾乎為零，特征峰消失，說明溶液中RhB被降解完全.以乙醇為溶劑的樣品催化劑在20min時將污染物降解完全，而以乙二醇為溶劑的樣品催化劑在20min時的降解效率大約為60%.

圖3　三種不同催化劑催化降解RhB的降解效率曲線Fig.3　the photocatalytic performances of various samples that degrade on RhB respectively

由此可知，同樣條件下不同醇為溶劑時樣品的光催化效率有很大差異.這可能是由于3種光催化劑的形貌特征不同而引起的.3種光催化劑在形貌上的重大差別導(dǎo)致了它們與污染物的接觸面積有了很大差異.丙三醇為溶劑時得到的花球狀樣品有著最大的比表面積，因此它的降解效率最高.而乙二醇為溶劑時得到的片組裝球狀樣品，由于它的納米片過于緊湊，導(dǎo)致比表面積有了很大的下降，降解效率低于乙醇為溶劑時得到的片狀樣品.

3　結(jié)論

通過無模板、無表面活性劑的綠色化學(xué)方法，在只改變反應(yīng)物醇的種類的條件下制備了3種不同形貌的BiOCl光催化劑，考察了醇的種類對產(chǎn)物形貌的影響，并進一步探究了不同形貌產(chǎn)品的光催化性能.實驗結(jié)果表明，以丙三醇為溶劑得到的花球狀樣品有最好的光催化性能，其次是乙醇為溶劑的樣品，乙二醇為溶劑的樣品效果稍差.

[1]崔文權(quán)，崔文權(quán)，安偉佳，等，花狀微球BiOBr光催化劑的制備及光催化活性研究[J].功能材料，2013，22（44）：3266－3270.

[2]劉曉霞，劉曉霞，樊彩梅，等，花球狀BiOCl薄膜的低溫制備及其光催化性能[J].中國科學(xué)，2013，8（42）：1145－1151.

[3]Sun Dongfeng，Li Junping，et al.Facile solvothermal synthesis of BiOCl——TiO2heterostructures with enhanced photocatalytic activity[J].CrystEngComm.2014，32（16）：7564－7574.

[4]Xu Yue，Xu Sichao，et al.Citric acid modulated electrochemical synthesis and photocatalytic behavior of BiOCl nanoplates with exposed｛001｝facets[J].Dalton Trans，2014，2（43）：479－485.

[5]Xie Taiping，LiuChenglun，et al.Magnetic composite BiOCl——Sr－Fe12O19：a novel p－n type heterojunction with enhanced photocatalytic activity[J].Dalton Transactions，2014，5（43）.

[6]Hu Jiajia，Xu Guangqing，et al.Photocatalytic properties of Bi/ BiOCl heterojunctions synthesized using an insitureduction method [J].New Journal of Chemistry，2014，10（38）：4913－4921.

[7]Xiong Jinyan，Cheng Gang，et al.Well－crystallized square－like 2DBiOCl nanoplates：mannitol－assisted hydrothermal synthesis and improved visible－light－driven photocatalytic Performance [J].RSC Adv.，2011，8（1）：1542－1553.

[8]Zhu Lu－Ping，Liao Guihong，et al.Self－assembled 3DBiOCl hierarchitectures：tunable synthesis and Characterization[J].CrystEngComm，2010，11（12）：3791－3796.

[9]Lei Yongqian，Song Shuyan，et al.Synthesis，characterization and assembly of BiOCl nanostructure and their photocatalytic properties[J].CrystEngComm，2009，9（11）：1857－1862.

[10]Wang Dong－Hong，Gao Guiqi，et al.Nanosheet－constructed porous BiOCl with dominant｛001｝facets for superior photosensitized degradation[J].Nanoscale，2012，24（4）：7780－7785.

[11]Wen Sunxian，F(xiàn)ang Zhibin，et al.Construction of Teethlike Homojunction BiOCl（001）Nanosheets by Selective Etching and Its High Photocatalytic Activity[J].ACS Applied materials，2014，6（21）：18423－18428.

[責(zé)任編輯 黃招揚]

[責(zé)任校對 黃祖賓]

Alcohothermal－Controlled Synthesis of BiOCl Photo Catalyst

JIANG Fen，WANG Shu－long，WU Kai－fei，HUANG Qin
（School of Chemistry and Chemical Engineering，Guangχi University for Nationalities，Nanning530006，China）

In this study，we synthesized a series of bismuth oxyiodide compounds that have different morphology through only adjusting the types of alcohols.It was found that the types of alcohol played key roles in determining the morphologies of the final products.The photocatalytic activities of three kinds of products were also evaluated through the degradation of rhodamine B（RhB）from aqueous solution.The results showed that products that have different morphology have different photocatalytic activities.The possible causes of this difference are discussed in this article.

Alcohothermal－Controlled Synthesis；bismuth oxyiodide；photocatalytic；nano materials

O643.36

A

1673－8462（2015）02－0087－03

2015－03－11.

廣西自然科學(xué)基金（2012GXNSFAA053031）；廣西教育部基金（201203YB071）；大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（201410608044）；大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（201410608051）.

蔣芬（1991－），女，安徽安慶人，廣西民族大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院應(yīng)用化學(xué)2013級碩士研究生.