BiOI/ZnO/壳聚糖复合材料的制备及其在亚麻织物上的应用

为了制备多功能亚麻织物,以二水合乙酸锌为锌源,壳聚糖为基底,采用化学沉淀法制备氧化锌/壳聚糖(ZnO/CS)复合材料,而后通过溶剂热法制备碘氧化铋/氧化锌/壳聚糖(BiOI/ZnO/CS)复合材料;通过红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、紫外可见分光光度计(UV-vis)和扫描电子显微镜(SEM)对BiOI/ZnO/CS复合材料的基团、晶型、光化学性质和形貌进行表征;最后将复合材料负载到亚麻织物上,通过SEM对整理前后亚麻织物表观形貌进行表征,并测试了亚麻织物的抑菌和抗紫外线性能。结果表明:20%BiOI/ZnO/CS对紫外光有最强的吸收能力,且成功负载到亚麻织物上,经整理后的亚麻织物对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率均达到100%,紫外线防护系数(UPF值)达144.72,具有优异的抗菌和抗紫外线性能,对拓宽亚麻织物的应用领域具有重要意义。

不同反应溶剂制备BiOI光催化性能

采取溶剂热法,分别以乙醇、乙二醇和甘油作为溶剂制备BiOI催化剂,采用XRD、XPS、SEM和N2吸附-脱附对微观结构进行了表征。以罗丹明B为降解染料,在模拟可见光下考察不同溶剂制备的BiOI光催化性能。实验结果表明,以乙二醇为溶剂制备的BiOI微球颗粒小,分散性好,对罗丹明B的降解率为91.6%。反应速率常数为0.020 17 min^(-1),分别是乙醇和甘油作溶剂制备样品的11倍和1.3倍。活性物种捕获实验表明,h+是参与反应的主要活性物种。

三维球状BiOI/BiOBr异质结光催化剂制备及其光催化脱汞性能

光催化氧化技术是治理污染物排放的重要手段。目的为增强BiOBr对可见光的利用率并提高其光催化活性,方法采用共沉淀法制备碘掺杂的三维球状BiOI/BiOBr异质结光催化剂,使用X射线衍射、紫外-可见漫反射光谱、扫描电子显微镜扫描、N2吸附-脱附、X射线光电子能谱和电子自旋共振波谱等对样品结构进行表征,开展光催化脱除单质汞(Hg0)性能研究。结果结果表明,随着I含量升高,BiOBr衍射峰逐渐降低,BiOI衍射峰逐渐增强;BiOI/BiOBr复合光催化剂保留了BiOBr的三维微球形貌,BiOI均匀分散于BiOBr表面,且复合后比表面积有所提高,较大的表面积能提供更多的反应空间,促进活性自由基产生和提高光催化剂性能;与BiOBr相比,复合光催化剂的带隙能降低,可见光响应能力大幅增强。BiOI/BiOBr光催化脱汞性能高于单纯BiOI与单纯BiOBr;BiOI和BiOBr摩尔比为2∶8时,光催化剂脱汞效率高达98%,是单纯BiOBr的2.58倍;酸性条件下制备的BiOI/BiOBr异质结光催化剂会与碱性溶液反应,引起光催化剂成分的变化,进而影响光催化剂的催化性能;Hg0高效光催化氧化过程中,阴离子超氧自由基(•O_(2)^(-))和空穴(h^(+))是主要活性物质。结论研究结果可为卤氧化铋光催化剂的复合制备及其在脱汞领域的应用提供理论依据。

BiOI/K-C_(3)N_(4)纳米花状复合催化剂的制备及光催化降解甲醛的研究

以BiOI为载体负载K-C_(3)N_(4),用共沉淀法制备了一系列质量比不同的BiOI/K-C_(3)N_(4)复合材料。采用扫描电子显微镜、紫外-可见漫反射光谱仪、X射线衍射仪和光电化学测试等方法,对BiOI/K-C_(3)N_(4)的光催化性能进行了系统性研究。结果表明在可见光下,BiOI/K-C_(3)N_(4)复合样品对甲醛的降解率在60min内可达到81%,比未复合前有显著提高,表明样品具有良好的光催化性能。

BiOI/Brookite TiO2复合材料光催化降解四环素的研究

以板钛矿TiO2为研究对象,采用水热法将BiOI对其进行复合制备了BiOI/brookite复合材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(FESEM)对复合材料进行了表征,对样品的晶相组成及形貌进行了分析讨论。以四环素(TC)为目标降解物,考察了BiOI/brookite复合材料的光催化活性。结果表明,在可见光照射下,110 min内8 mol% BiOI/brookite复合材料对TC的降解率高达82%。

化学气相沉积制备高c轴取向的BiOI薄膜

碘氧化铋(BiOI)由于低毒性、对点缺陷的耐受性和较强的吸光能力而应用在光催化、光伏和光电探测器领域。本文采用化学气相沉积(CVD)方法,以BiI_(3)粉末作为蒸发源,O_(2)/Ar作为反应气体,在钠钙玻璃基底上沉积BiOI薄膜,并通过研究蒸发源温度和沉积时间对薄膜物相和形貌的影响,分析了BiOI薄膜的生长机理。结果表明CVD方法制备的BiOI薄膜属于四方晶系,具有高c轴取向的特点。c轴取向的薄膜平行于基底生长,其结晶性、透过率及缺陷性能等都与蒸发温度和沉积时间密切相关。当蒸发温度为370℃、沉积时间为20 min时,BiOI薄膜的晶化最好,透过率最低,缺陷最少。

BiOI/g-C_(3)N_(4)/NH_(2)-MIL-53(Fe)三元异质结光催化剂的合成与性能研究

半导体光催化技术是解决能源危机和环境污染的有效手段。作者采用一步溶剂热法制备了Bi OI/g-C_(3)N_(4)/NH_(2)-MIL-53(Fe)三元异质结催化剂。以X射线衍射、扫描电子显微镜等表征方法对样品进行分析,以双酚S为目标污染物考察了催化剂的光催化性能,以自由基捕获实验得出·OH、h^(+)和·O_(2)^(-)在降解过程中均发挥强氧化作用,并基于催化剂光芬顿性能研究以及半导体能带结构,提出其催化光芬顿反应的可能的机理。

g-C_(3)N_(4)/Fe_(3)O_(4)/BiOI磁性材料的制备及其可见光助芬顿催化性能

采用共沉淀-回流法制成g-C_(3)N_(4)/Fe_(3)O_(4)/BiOI磁性复合材料作为异相光助芬顿(Fenton)催化剂。运用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X-射线衍射(XRD)、振动样品磁强计(VSM)和N_(2)吸附-脱附等手段分别对催化剂的形貌、结构、组成、磁性和比表面积等进行了表征,并以罗丹明B(RhB)为模型污染物考察了材料的可见光催化性能。实验结果表明,当BiOI的负载质量为50%时,在可见光照射下,复合材料具有最好的光催化性能,180 min内对RhB的降解效率可达到99.20%。较高的光催化性能归因于所制备材料对RhB较强的吸附、强烈的可见光响应以及异质结构促进了光生载流子的分离。进一步在光催化体系中加入适量的H_(2)O_(2)后,可极大提高三元复合材料可见光助Fenton降解RhB的效率,30 min内即可达到98.44%,这得益于体系中发生Fenton反应产生较多具有强氧化性的羟基自由基,同时光生电子可加速Fe^(3+)/Fe^(2+)的氧化还原循环,提升了Fenton反应效率。且催化剂经循环使用5次后,仍保持良好的可见光助Fenton活性与磁性能。

“科教融合”在综合化学实验中的探索——以BiOI的制备及其光催化降解罗丹明B性能为例

为了顺应“科教融合”的发展新趋势,需要对《综合化学实验》的内容做出必要的调整,从而培养出更适合科学研究发展所需的人才。我们通过尝试将科研成果融入实验教学中,引导学生从科研的角度理解相关理论知识并提升操作能力。以BiOI的制备及其光降解罗丹明B性能为例,涉及理论知识、实践操作、现代仪器使用、数据处理、谱图解析等多门学科知识,实现了跨界知识体系的交叉融合。该实验教学可以为学生提供更多接触科研的机会并提高其综合创新能力,从而达到将其培养成具有较高科学素养的创新型人才的目标。

溶剂热法制备BiOI/BiOCl异质结及其光催化性能研究

以五水合硝酸铋、氯化钠、碘化钾为主要原料,以乙二醇为溶剂,采用一步溶剂热法制备了BiOI/BiOCl异质结光催化材料。研究了反应温度、反应时间、掺杂比例对材料光催化性能的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见分光光度计、紫外可见漫反射(UV-Vis DRS)等测试手段对样品的形貌、物相组成、表面化学态、光催化性能进行了表征。结果表明当碘的含量为20%,在140℃的温度下反应3 h所制备的BiOI/BiOCl异质结光催化材料可见光催化降解罗丹明B的效果最好,120 min后达到了95.46%,是纯BiOCl的9.5倍。提出了S-型半导体光催化机理,该机理促进了光生电子空穴对的分离,保留了较高的氧化还原能力,提高了光催化性能。

可见光激发的BiOI/ZnO纳米复合抗菌剂制备及其抗菌活性与机制

细菌感染可引发各种严重疾病,在细菌耐药性日益严重的今天开发无机抗菌药物具有重要意义。为提升氧化锌在可见光下的抗菌活性,本文设计出一系列碘氧铋与氧化锌(BiOI/ZnO)的纳米复合材料,通过常压下机械搅拌法成功合成了形状和尺寸较为均一的系列复合纳米结构。紫外-可见漫反射光谱测试结果表明此类材料具有较高的可见光吸收率和更窄的带隙。对这类新复合材料进行的抗菌活性试验表明,在可见光激发下其BiOI/ZnO-10%和BiOI/ZnO-20%样品对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌活性有明显增强,且光照强度可影响该类材料的抗菌活性。抗菌机制研究结果显示此类材料具有与纳米ZnO抗菌材料相似的机理:通过带正电荷的表面和强活性氧基团(•OH)的产生导致细菌细胞壁破裂和死亡,而纳米碘氧铋的复合所形成的异质结不仅使得强活性氧基团易于产生,而且使BiOI/ZnO纳米复合材料的可见光吸收增强。本研究既提出了纳米ZnO材料利用可见光激发增强抗菌活性的策略,又为纳米ZnO基复合材料的临床应用提供了实验支撑。

空心微球BiOCl/BiOI复合材料的制备及光催化降解性能及机理研究

采用溶剂热法制备了具有Z型异质结构的BiOCl/BiOI新型空心微球复合材料,并将其应用于可见光催化降解盐酸四环素(TCH)。结果表明,复合材料在静电场及表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)的共同作用下,通过纳米片的自组装最终形成空心球结构,并具有较强的可见光响应;光催化结果表明,30%BiOCl/BiOI对TCH的降解率最高,达87.4%,催化活性均优于单独的BiOCl和BiOI。自由基捕获实验表明,光催化降解TCH的活性物种主要是·O_(2)^(-),并由此推测了光催化降解机理。

W_(18)O_(49)/BiOI复合光催化剂的制备及性能研究

以BiOI为前驱体,采用化学沉淀法对W_(18)O_(49)(2%)/BiOI复合材料进行了制备,为了研究该材料的光催化性能,利用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和荧光分光光度计(PL)对样品进行表征。结果表明,W_(18)O_(49)的引入未改变BiOI的晶型结构,纯BiOI的降解率约为21%,与W18O49复合后材料的降解率约达到98%,复合后材料的降解率显著高于纯物质的降解效率,纯BiOI材料和W_(18)O_(49)的带隙宽度分别约为1.97eV和3.06eV,理论上可形成异质结,有助于加速电子转移速率,有效降低了电子和空穴对的复合,很好的提升材料的光催化活性。

双Z型异质结BiOI/MoO_(3)/g-C_(3)N_(4)的构建及其光催化性能研究

通过简单的溶剂热法将半导体MoO_(3)、BiOI与g-C_(3)N_(4)复合,构建双Z型异质结BiOI(x)/MoO_(3)/g-C_(3)N_(4)(x=6.25%、12.50%、18.75%、25.00%,x为BiOI的质量分数)三元复合材料,从HRTEM结果可知样品出现了2种间距分别为0.28 nm和0.33 nm的晶格条纹,结合XRD表征结果可知分别属于BiOI(110)和MoO_(3)(021)晶面,且g-C_(3)N_(4)是非晶态物质,由此表明BiOI/MoO_(3)/g-C_(3)N_(4)复合材料成功复合。UV-Vis DRS分析表明复合样品的带隙变窄,光学响应范围增强,PL和光电化学测试表征说明异质结的存在有效延缓了电子和空穴的复合,在模拟太阳光条件下对染料甲基橙(MO)进行降解并研究其光催化活性,BiOI(18.75)/MoO_(3)/g-C_(3)N_(4)具有较优异的光催化性能和光学稳定性,120 min对30 mg/L MO的降解率达94%,是纯g-C_(3)N_(4)的3.6倍。ESR表征说明BiOI/MoO_(3)/g-C_(3)N_(4)光催化降解的主要活性物质组分为·OH和·O_(2)-,并通过计算BiOI、MoO_(3)和g-C_(3)N_(4)的价带和导带位置,表明3种物质是能带交错结构,推测出三元复合物形成双Z型异质结。BiOI/MoO_(3)/g-C_(3)N_(4)可作为一种有效应用于有机染料污染物降解的可见光响应催化剂,具有应用前景。

多面体状Cu_(2)O修饰片状BiOI的S型异质结构筑及光催化水蒸气中CO_(2)转化性能研究

过量的CO_(2)排放引起了一系列的环境问题。利用光催化技术将CO_(2)转为高附加值化合物不仅可以减小碳排放也可以缓解能源短缺。其中高效光催化剂开发是光催化技术的关键之一。纳米结构调控和异质结构筑是两种有效地提升材料光催化CO_(2)转化活性的方法。特别是,由还原型和氧化型催化剂组成的新型S型传导异质结,其在两组分之间不同的费米能级作用下,实现高效的光生载流子的分离。S型的电荷传导不仅可以有效的抑制光生载流子的复合,同时,聚集了大量具有较强催化氧化和还原能力的光生空穴与电子。Cu_(2)O和BiOI材料作为典型的还原型和氧化型催化剂,因其都具有良好的可见光吸收能力和适合的能带结构,可以应用于还原CO_(2)和氧化H_(2)O的耦合反应。我们利用电沉积的方法,在FTO导电玻璃基底表面构筑了多面体Cu_(2)O/片状BiOI的复合材料。我们利用粉末X射线衍射(XRD),X射线光电子能谱(XPS),紫外线光电子能谱(UPS),场发射扫描电镜(SEM)和场发射投射电镜(TEM)技术对材料结构、形貌和组成进行了系统的探索和解析。13C/18O同位素标记实验证实,该复合材料可以实现可见光(波长>400 nm)驱动下水蒸气气氛中CO_(2)的快速转化。最优样品BiOI/Cu_(2)O-1500在光照11h后,反应产物CO,CH_(4),H_(2)和O_(2)的产量可以分别达到53.03,30.75,8.49和82.73μmol·m^(-2)。在8次循环实验中,催化产物产量有小幅下降,但其主要产物CO,CH_(4)和O_(2)的产量仍然可以分别达到27.38,34.08和75.52μmol·m^(-2)。循环前后使用催化剂的XRD和XPS结果表明,该复合材料具有良好的结构稳定性。催化实验结果表明,BiOI/Cu_(2)O异质结的形成提升了催化剂的光催化性能关键之一。固体漫反射光谱(DRS)和XPS测试结果表明异质结的能带结构为交错型,进一步利用UPS技术探索材料费米能级,进而确定异质结内内建电场方向。根据原位XPS测试结果证实,BiOI/Cu_(2)O异质结内光生电子采用S型模式分离传输。由此可见,S型异质结可以高效的分离和利用光生载流子。此外,我们通过原位红外(in situ FTIR)技术在催化剂表面发现了HCO_(3)^(-),CO_(3)^(2-),HCOO^(-)和·CH_(3)等活性物质并推测其催化机理。该研究为S型载流子传输模式的探索提供了实验结果,同时为高效还原CO_(2)光催化剂提供了一定的借鉴。

BiOI/KF-KYb_(3)F_(10):Tm/MOF-5复合材料的制备及光催化性能研究

通过水热法制备了新型光催化BiOI/KF-KYb_(3)F_(10)∶Tm/MOF-5复合材料.通过XRD、FT-IR、SEM、BET、DRS和PL等表征手段进一步研究了样品的结构、形态和光学性质,并且研究了BiOI/KF-KYb_(3)F_(10)∶Tm/MOF-5复合材料的光催化性能.实验结果表明,BiOI/KF-KYb_(3)F_(10)∶Tm/MOF-5复合材料在可见光下的降解能力明显优于纯BiOI,其中BiOI/10%KF-KYb_(3)F_(10)∶Tm/20%MOF-5样品性能最好,能够在100min内降解98.81%的罗丹明B(RhB),比纯BiOI的光催化性能提高约5倍.

溶剂热法制备CeO_(2)/BiOI复合光催化剂及性能

针对提高单体BiOI的可见光催化降解效率的问题,采用煅烧法在不同温度下制备出了CeO_(2)三维花型结构,然后将CeO_(2)加入到BiOI前驱体溶液中,通过溶剂热法制备出不同复合比例的BiOI/CeO_(2)复合光催化剂。运用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、电化学等对制备样品进行表征,利用对罗丹明B(RhB)的降解实验评价了不同CeO_(2)煅烧温度、不同复合比例对光催化降解效率的影响,并通过自由基捕获实验对复合材料的光催化机理进行了分析。结果表明,当BiOI与CeO_(2)(煅烧温度为400℃)的质量比为1∶1时,复合材料对RhB的降解率最佳,约为38.1%。相比于BiOI(约为24%)和CeO_(2)(约为23%)其降解率有了一定的提高。这可能归因于两种材料复合后在界面处形成的异质结结构有效地抑制了光生电子-空穴的复合速率,实现了光催化性能的提高。

BiOI/Zn-Bi_(2)WO_(6)异质结的构建及光催化降解磺基水杨酸研究

采用水热法制备了BiOI/Zn-Bi_(2)WO_(6)异质结光催化剂。X射线粉末衍射(XRD)分析其物相、扫描电镜(SEM-EDS)分析其形貌和元素组成、X射线光电子能谱(XPS)分析其表面物种的化学态、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)分析其对太阳光的利用率、光致发光光谱(PL)和电化学阻抗谱(EIS)分析光生载流子的分离情况等。结果表明:形成异质结后一方面使光催化剂的吸收边红移且吸收强度增加,提高了可见光谱的利用率;另一方面实现了光生空穴-电子的高效分离,所得光催化剂对磺基水杨酸表现出较好的光催化降解性能,120 min内降解率达到82%,且具有较好的稳定性。

Fe_(3)O_(4)/BiOBr/BiOI的制备及降解2,4-D的性能研究

采用水热法制备了微米球花状结构的Fe_(3)O_(4)/BiOBr/BiOI复合材料,通过SEM、XRD、XPS和UV-Vis等手段对催化剂进行表征分析。结果表明,该催化剂对2,4-D具有高效的光降解性能和光催化效率(80 min,88%)。降解速率常数为2.498×10^(-2)min^(-1),分别是Br∶I=5∶5(K=2.004×10^(-2)min^(-1))、BiOBr(K=1.289×10^(-2)min^(-1))和BiOI(K=6.98×10-3min-1)的1.25倍、1.94倍与3.58倍。这是由于Fe_(3)O_(4)/BiOBr/BiOI复合材料内部形成了异质结,利于光生载流子的分离。此外,5次循环实验后,降解效率保持在82.9%,证明该催化剂稳定、可回收、可磁分离。

Au/BiOI花状微米球的制备及其对抗生素的降解特性

采用水热法制备BiOI花状微米球,采用光还原法制备Au/BiOI复合材料。BiOI花球由许多的纳米片交错堆积而形成,Au纳米颗粒附着在BiIO花状球的表面。随着Au含量的增加,样品在可见光照射下对MB和TC的降解率逐渐增加,Au-4样品对MB和TC降解率达到95%以上。过量的Au颗粒复合,降低了样品的光吸收性能,从而降低了材料的降解特性。上述结果表明Au/BiOI复合纳米材料在环境保护领域,尤其是对抗生素的降解方面具有潜在的应用价值。