微波輔助合成BiOCl及其光催化性能

趙亞麗，張瀠元，陳迪勇，張 穎，宋光林，高 亮，成國坤

（貴州省分析測試研究院，貴州 貴陽 550002）

0 前言

近年來，由于工業(yè)的快速發(fā)展，大量有毒有害的有機(jī)污染物進(jìn)入到大氣、土壤和水中，對生態(tài)平衡造成了難以評(píng)估的損失[1]，半導(dǎo)體光催化技術(shù)利用太陽能處理有機(jī)污染物，具有低成本、無污染的優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的關(guān)注[2]。

BiOCl作為被深入研究的光催化材料，由于擁有獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)，在內(nèi)電場之間可以形成帶正電的[Bi2O2]2+層和負(fù)電的Cl-層，提高了光生電子空穴的分離效率，因此具有優(yōu)良的光催化性能[3-5]。

在眾多合成光催化劑的方法中，微波輔助合成法有著操作簡單、合成迅速、耗能更低、反應(yīng)均勻等優(yōu)點(diǎn)，而不同的溶劑也將影響催化劑的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響催化劑的催化性能[6]。

本文采用輔助合成法，分別使用甘露醇、乙二醇、醋酸和蒸餾水為溶劑合成了BiOCl催化劑，在可見光下光催化降解RhB，表明以甘露醇為溶劑，微波反應(yīng)10 min，得到的催化劑具有最好的光催化性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

實(shí)驗(yàn)試劑：Bi（NO3）3·5H2O、甘露醇、乙二醇、醋酸、無水乙醇、十六烷基三甲基氯化銨（CTAC），均為分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；二次蒸餾水。

實(shí)驗(yàn)儀器：HP8453型紫外分光光度計(jì)，日本島津公司；KQ3200DE型數(shù)控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司。

1.2 催化劑的制備

稱取 4 mmoL 五水合硝酸鉍 （Bi （NO3）3·5H2O）超聲溶解于20 mL甘露醇中，然后稱取4 mmoL CTAC，并將其溶解在20 mL蒸餾水中，待完全溶解后，將Bi（NO3）3溶液緩慢地滴入上述混合液中，劇烈攪拌30 min，然后置于微波反應(yīng)器中，在200 W條件下反應(yīng)10 min，反應(yīng)結(jié)束后冷卻，用蒸餾水和無水乙醇洗滌5次，放入真空干燥箱中于80℃下干燥5 h。用同樣的方法，分別制備微波反應(yīng) 0 min、5 min、10 min、15 min 的BiOCl催化劑，另外以不同溶劑（水、甘露醇、乙二醇、醋酸）在200 W條件下微波反應(yīng)10 min，制備不同催化劑。

1.3 光催化活性測試

所制備樣品的光催化活性通過降解RhB溶液進(jìn)行測量，稱取0.2 g催化劑，放入200 mL RhB（10 mg/L）溶液中，在暗處攪拌30 min以達(dá)到吸附-脫附平衡，然后放入300 W的氙燈下進(jìn)行照射，每5 min抽取4 mL樣品，離心取其上清液，在波長為554 nm處使用紫外-可見分光光度計(jì)測量其吸光度。

1.4 催化效果計(jì)算

RhB溶液紫外-可見吸收光譜圖如圖1所示，從圖1中可以得出其最大吸收波長為554 nm。

圖1 RhB溶液紫外-可見吸收光譜圖

通過用紫外-可見分光光度計(jì)測量在波長為554 nm處[7]，不同降解時(shí)間的溶液的吸光度，進(jìn)一步推出溶液中RhB濃度的變化來求出降解率，其公式如下：

2 結(jié)果與討論

圖2為在可見光照射下，不同溶劑對羅丹明B的光催化降解曲線。

由圖2可以看出，不同溶劑合成的BiOCl展現(xiàn)了不同的光催化性能，其中以甘露醇為溶劑合成的BiOCl表現(xiàn)出優(yōu)良的吸附性能，并且光催化降解羅丹明B性能也最好，在20 min時(shí)，降解效率已達(dá)99.5%，而以乙二醇為溶劑得到的催化劑降解效果最差，60 min時(shí)才可以降解91.4%的羅丹明B，這是因?yàn)橐愿事洞紴槿軇┲苽涞腂iOCl具有較大的比表面積，分子間有較大的間隙，可以提高其吸附性能，進(jìn)而提高其光催化性能。

圖2 不同溶劑制得的BiOCl光催化劑對羅丹明B降解效果

圖3不同微波反應(yīng)時(shí)間制得的BiOCl光催化劑對羅丹明B降解效果

圖3 為在可見光照射下，不同微波反應(yīng)時(shí)間制得的光催化劑對羅丹明B的光催化降解曲線。

可以看出，不同的微波反應(yīng)時(shí)間對BiOCl光催化劑光催化效果有著不同的影響，在微波反應(yīng)時(shí)間為10 min時(shí)，降解效果最好；在25 min時(shí)，就可以降解99.1%的羅丹明B，其光催化降解效果依次為：10 min＞5 min＞15 min＞無微波反應(yīng)，產(chǎn)生這一結(jié)果的原因可能是微波反應(yīng)10 min時(shí)，晶體結(jié)晶度比較高，晶體的晶格缺陷較少，從而大大降低了電子-空穴電子對的復(fù)合幾率，使光催化性能得到大大的提高。而不進(jìn)行微波反應(yīng)制備的BiOCl光催化劑，由于反應(yīng)較慢，生成的BiOCl量不多，所以在降解時(shí)，沒能表現(xiàn)出較好的光催化效果。

3 結(jié)論

采用微波輔助合成法方便、快速地合成了不同溶劑及微波反應(yīng)時(shí)間的BiOCl催化劑，在可見光照射下，對羅丹明B展現(xiàn)了較高的光催化活性，其中以甘露醇為溶劑，微波反應(yīng)10 min所制得的催化劑，有著較強(qiáng)的吸附性能，展現(xiàn)出了最好的光催化活性，20 min就可以將羅丹明B完全降解，有著很好的應(yīng)用前景。