沉淀pH值对制备(BiO)_2CO_3光催化活性的影响

采用沉淀法制备(BiO)2CO3光催化剂,利用X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射(UV-vis DRS)、孔隙及比表面(BET)和表面光电压(SPV)等对光催化剂进行表征。以甲基橙作为模拟污染物,在氙灯光照下,考察催化剂的光催化性能。结果表明:pH=8.5制备的催化剂具有最高的光生电荷分离速率和比表面积,其光催化活性最高,光照20 min对甲基橙的脱色率达到73.81%。

耦合氧化石墨烯的N掺杂Bi_2O_2CO_3微球光催化性能增强机制(英文)

光催化作为一种环境友好技术,在解决环境污染和能源匮乏问题方面展现出巨大应用潜力.TiO_2因其化学稳定性、无毒和低成本被广泛应用于能源转换和污染物降解等领域,但其快速的电子-空穴复合与低太阳能利用率等限制了其在光催化中的潜在应用.因此,寻找新的有优越可见光活性的催化剂是一个挑战.最近,(BiO)_2CO_3因其独特的形貌、化学稳定性和较高的催化效率成为有前景的光催化剂.然而,(BiO)_2CO_3较大的带隙限制了对太阳光的利用,快速的电子-空穴复合阻碍了光催化性能的提高.因此,提高(BiO)_2CO_3的光催化效率是当务之急.近期研究表明,通过与氧化石墨烯杂交提高载流子的分离能力,可有效增强光催化性能.基于此,我们设计并合成了一种氮掺杂的(BiO)_2CO_3与氧化石墨烯(GO)耦合的新型光催化剂(N-BOC-GO).首先,通过一步水热法合成了N-BOC-GO微球.N-BOC-GO光催化剂对NO可见光光催化去除性能达到62%.采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis)和光致发光光谱(PL)等表征手段研究了N-BOC-GO的光催化性能增强机制.从N-BOC-GO的XRD谱中没有发现GO的衍射峰,说明加入的GO分散度高;N-BOC-GO中的BOC晶格参数没有发生变化,说明GO没有进入BOC晶格,但加入GO增强了N-BOC的结晶度.XPS结果表明,与N-BOC相比,N-BOC-GO的峰位置发生了明显位移,表明N-BOC和GO之间存在强相互作用.此外,FT-IR和拉曼光谱证明了在复合物中存在GO.SEM表明,N-BOC规则地团聚成微球,且微球被固定在有褶皱的GO片上.这说明GO与N-BOC的作用是静电作用或物理作用,在光激发过程中有利于N-BOC微球上的电子转移到GO片上.UV-Vis图谱中,N-BOC-GO表现出明显增强的可见光吸收,说明加入GO会明显提高N-BOC的吸收能力.此外,3D分层结构会通过SSR效应提高光吸收.从PL图可以发现,N-BOC-GO的电子-空穴复合明显下降,说明GO可以转移电子从而提高光催化性能.结合前面的分析,我们提出了N-BOC-GO光催化剂3D分层结构的形成和性能增强机制.在水热过程中,通过分子间相互作用使N-BOC自组装成块,随后在表面能最小化的作用下转化成3D微球.加入GO后,N-BOC和GO通过物理吸附使得N-BOC微球均匀分散在GO上,最后N-BOC-GO的形貌类似于玫瑰花和其叶子的组合.在可见光照射下,N-BOC产生电子-空穴对,电子从N-BOC表面转移到GO表面,表明GO可作为电子的收集者和传递者以有效分离电子-空穴对,延长载流子寿命.N-BOC价带上的空穴可以直接氧化NO或产生?OH氧化NO.此外,由于GO独特的特征,光催化反应发生在N-BOC催化剂表面和GO片上,从而提高了反应空间位点.故引入GO于N-BOC体系中可有效分离光生载流子和提高反应活性位点,从而显著提高可见光催化性能.

微结构优化与GO耦合大幅提高(BiO)_2CO_3可见光催化性能

以柠檬酸铋、无水碳酸钠和氧化石墨烯(GO)为原料,采用一步水热法合成(Bi O)2CO3与GO复合的新型三维(3D)分级结构光催化剂(BOC-GO).通过X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、傅里叶红外光谱、拉曼光谱、X射线光电子能谱、表面积测定、紫外可见漫反射光谱和荧光光谱对样品进行表征分析.结果表明,(Bi O)2CO3微球分散在GO薄膜上,形成了新颖的3D分级结构.这种特殊的新结构作为光催化剂,在可见光照射下对ppb级NO(1ppb=1μg/m3)表现出了大幅增强的可见光催化活性和良好的光化学稳定性,远高于(Bi O)2CO3以及其他可见光催化剂.BOC-GO优异的活性可归因于3D分级结构与GO的耦合.一方面(Bi O)2CO3微球特殊的3D分层结构,既能诱导入射光产生多次的散射和反射效应,增加对可见光的捕获利用,也能促进光催化过程中反应物和中间产物的快速转移和运输,为催化剂提供更多的活性位点;另一方面归因于GO自身优越的电子迁移能力,能够将(Bi O)2CO3的导带电子迅速转移和运输,从而促进(Bi O)2CO3上电子-空穴对的有效分离.将光催化剂自身微结构优化与GO耦合是一种大幅提高可见光催化性能的新方法.

(BiO)_2CO_3光催化剂的制备及性能

以硝酸铋和碳酸钠为原料在60℃条件下合成次碳酸铋((Bi O)2CO3)光催化剂。以亚甲基蓝、苯酚和甲基橙为光催化反应的模型化合物,考察了(Bi O)2CO3光催化剂在紫外光和可见光下光催化活性;以对苯二甲酸作为探针分子,结合化学荧光技术,研究了(Bi O)2CO3光催化剂表面羟基自由基的生成;添加各种清除剂,探究了(Bi O)2CO3光催化剂起主要催化作用的基团。结果表明:(Bi O)2CO3具有很好的可见光和紫外光光催化活性。紫外光照射下(Bi O)2CO3光催化剂比Ti O2光催化剂具有更高的光催化活性;在紫外光条件下(Bi O)2CO3和Ti O2光催化降解苯酚、甲基橙、亚甲基蓝的活性依次增高,并且,(Bi O)2CO3光催化降解甲基橙和亚甲基蓝的降解率分别达到94.3%,95.6%。可见光条件照射下,各种清除剂对(Bi O)2CO3光催化降解甲基橙的影响表明,反应体系所产生的·OH,h+,·O-2都起着很重要的催化降解作用,其中·O-2起着最主要的作用。

纳米片自组装原位N掺杂(BiO)_2CO_3分级微球的可控合成及其优异可见光催化性能

以二氰二胺和柠檬酸铋为原料,采用一步水热法合成原位N掺杂(BiO)2CO3纳米片自组装分等级微球结构。采用XRD、SEM、XPS、FT-IR、UV-Vis DRS和PL等对合成的材料进行表征,结果表明,不同二氰二胺加入量会对(BiO)2CO3的形貌结构、禁带宽度以及电子-空穴复合率产生显著影响。二氰二胺在水热过程水解柠檬酸铋,同时N原子原位掺杂进入(BiO)2CO3晶格。N掺杂使(BiO)2CO3的光响应范围大幅拓展至可见光,通过价带XPS获得了掺杂N元素减小(BiO)2CO3禁带宽度的证据。在可见光照射下,原位N掺杂(BiO)2CO3分等级微球结构表现出对液相罗丹明B和气相NO优异的可见光催化降解活性,高于N掺杂TiO2和C掺杂TiO2。研究结果对拓展N掺杂作用向非TiO2体系的转变具有重要意义。

(BiO)_2CO_3和N掺杂(BiO)_2CO_3分级微球可见光催化氧化NO机理的原位红外光谱

通过一步水热法分别合成了(BiO)_2CO_3和N掺杂(BiO)_2CO_3分级微球光催化剂,并将制备的催化剂应用于低浓度NO的净化.通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和紫外可见漫反射光谱仪(UV-vis DRS)等表征手段对催化剂微结构进行表征分析.利用原位红外技术对样品可见光催化氧化NO的反应过程进行实时动态检测分析,结合电子自旋共振(ESR)对自由基的捕获结果,提出了其反应机理.结果表明,相较于纯(BiO)_2CO_3,N掺杂(BiO)_2CO_3的反应过程中生成了中间产物NO+,使得其反应路径与机理与纯(BiO)_2CO_3不同,且中间产物的存在提高了反应速率与效率.同时N原子原位取代(BiO)_2CO_3表面的O原子,改变了其表面结构,产生了更多氧缺陷作为活化NO的反应位点,提高了反应效率.本文对于光催化反应过程研究和光催化剂结构优化提供了新思路.

可见光催化剂Ag/AgBr/(BiO)_2CO_3的制备、表征与催化性能

采用沉积沉淀法制备了一系列不同Ag/AgBr负载量的复合光催化剂Ag/AgBr/(BiO)_2CO_3,通过X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱和紫外-可见吸收光谱等表征手段对催化剂的晶体结构、形貌、组分、光吸收行为和能带结构等进行了系统分析并考察了该催化剂可见光下降解罗丹明B的性能。结果表明,该复合光催化剂相对于(BiO)_2CO_3在可见光下降解罗丹明B的活性有显著提高,Ag/AgBr的最适宜负载量为5.0%。活性提高的原因是复合光催化剂中3种组分间的协同作用提高了光生载流子的分离效率。