片狀BiOCl的制備及降解羅丹明B的研究

葉 坪，龔建康，李 浪，李俊杰

（昭通學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，云南 昭通 657000）

最近幾年來，鹵氧化鉍（BiOX= Cl、Br、I）作為一種新型光催化劑，備受大家的關(guān)注[1]。由于BiOCl晶體結(jié)構(gòu)為 PbFCl 型；BiOCl是一種具有高度各向異性層狀結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體，同時(shí)它具有間接躍遷帶隙 ，激發(fā)電子需要通過某些 k層才能最終抵達(dá)價(jià)帶 ，很大程度上降低了激發(fā)電子和空穴再?gòu)?fù)合的概率，這些特點(diǎn)使 BiOCl作為光催化劑時(shí)擁有較高催化活性的主要原因[2]。

實(shí)驗(yàn)成功制備出片狀光催化劑BiOCl，方法為溶膠-凝膠法（sol-gel）。用該片狀催化劑在模擬可見光下降解染料羅丹明B（RhB），并與商用 TiO2降解效果進(jìn)行比較。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.2 儀器和藥品

藥品：羅丹明B（RhB）（AR、上海國(guó)藥集團(tuán)），無水乙醇（AR、上海阿拉?。跛嵫蹉G（AR、上海阿拉?。}酸和二氧化鈦(TiO2)（AR、上海阿拉?。?/p>

儀器：PW3040/60 X-射線粉末衍射儀（Philips）；S-4800掃描電子顯微鏡（Hitachi）；2802PCS紫外-可見分光光度儀（UNICO）；CP214型電子精密天平（OHAUS）；高速離心機(jī)（Anke）；SHZ-D型旋片式真空泵（天津華鑫廠制備）

實(shí)驗(yàn)室采用的光催化裝置是自己組裝的。試驗(yàn)中為得到可見光，光源采用氙燈（500 W），濾去紫外光需把濾光片(λ＞420 nm)置于反應(yīng)器與氙燈間，并且用二臺(tái)600 W功率的風(fēng)扇放于反應(yīng)器的右側(cè)和右上側(cè)用于使催化反應(yīng)器的溫度降到室溫左右，同時(shí)要注意反應(yīng)器和氙燈的中心的距離為10 cm左右[3]。

1.2 片狀BiOCl的制備

首先，將4.85 g Bi(NO)3·5H2O溶解在45 mL去離子水中攪拌1 h，使Bi(NO)3·5H2O在去離子水中充分溶解形成BiONO3溶液[3]，在將20 mL HCl（1 mol/L）緩慢的滴加到BiONO3溶液中攪拌20 min，用去離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌幾次，至溶液成中性，放置沉淀物在75 ℃烘箱干燥12 h，取出經(jīng)過冷卻、研磨等處理，該粉末為BiOCl樣品[3]。

2 結(jié)果和討論

2.1 X-射線粉末衍射（XRD）分析

圖1 為BiOCl樣品的XRD圖譜，與標(biāo)準(zhǔn)卡片對(duì)照，發(fā)現(xiàn)該催化劑BiOCl在11.98°，25.86°，32.50°和33.45°處出現(xiàn)了特征衍射峰與標(biāo)準(zhǔn)卡片(JCPDS No.06-0249)完全相同；同時(shí)，未檢測(cè)到其他雜質(zhì)相的存在，說明制備的催化劑為純相的BiOCl。

圖1 片狀BiOCl的XRD圖Fig.1 XRD patterns of the flake BiOCl

2.2 BiOCl的形貌

圖2 片狀BiOCl催化劑SEM圖Fig.2 SEM of photocatalyst the flake BiOCl

通過圖2 BiOCl催化劑的SEM圖可觀察出催化劑的表面形貌特征，從圖可看出該樣品是由許多表面光滑的片狀逐漸堆積而成，其片狀直徑大小不均一，大約在2μm-14μm之間。

2.3 片狀BiOCl的光催化活性

在模擬可見光下，片狀BiOCl催化劑降解染料羅丹明B（C=3 × 10－5mol/L）的反應(yīng)如圖3所示。在進(jìn)行光照反應(yīng)前，為使催化劑完全溶解在染料中，須避光處理大約60 min，使體系達(dá)到吸附平衡后在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；光照后每隔10 min取樣一次，8 mL左右 , 取出液離心10 min，用分光光度計(jì)對(duì)上層清液分析測(cè)定溶液的吸光度。通過用朗伯比爾定律（A=Kbc）進(jìn)行計(jì)算。

圖3 BiOCl和P25對(duì)染料羅丹明B（RhB）在可見光下的降解曲線Fig.3 Photodegradation of RhB dye as a function of BiOCl and P25

由圖3可知，當(dāng)染料RhB中未加光催化劑時(shí)，在可見光下反應(yīng)一段時(shí)間后染料濃度變化不大。當(dāng)加入催化劑（BiOCl）經(jīng)暗處理后發(fā)現(xiàn)它對(duì)染料羅丹明B有較好的吸附性，同P25比較發(fā)現(xiàn)片狀BiOCl對(duì)染料的吸附性更好；光照反應(yīng)大約40 min結(jié)束，觀察發(fā)現(xiàn)染料羅丹明B的顏色變淺，表明BiOCl降解羅丹明B效果相對(duì)較好。圖中還能觀察到在可見光下P25對(duì)染料的降解率可達(dá)到60 %左右。通過查閱資料發(fā)現(xiàn)由于 TiO2和BiOCl帶隙較寬，自身都不能吸收可見光，所以認(rèn)為染料羅丹明B在模擬可見光下降解效果好可歸于染料敏化效應(yīng)[4-5]。

3 結(jié)論

用Bi(NO)3·5H2O和HCl為原料，去離子水為溶劑，采用溶膠-凝膠法（sol-gel）制備的片狀BiOCl，對(duì)該樣品的XRD、SEM和光催化性能進(jìn)行表征和研究，發(fā)現(xiàn)：該樣品為BiOCl，微觀形貌呈現(xiàn)片狀，同等條件下，由于對(duì)染料敏化作用，導(dǎo)致BiOCl在模擬可見光下對(duì)羅丹明B的降解率比商用TiO2(P25)效果好?？赡苁且?yàn)樘赜械钠瑺罱Y(jié)構(gòu)增大了該催化劑的比表面積，使它能更充分的接觸染料。