氯氧铋及其复合材料在光催化方面的应用

氯氧铋及其复合材料在光催化方面的应用
氯氧铋及其复合材料在光催化方面的应用

氯氧铋及其复合材料在光催化方面的应用

一光催化原理

光催化是一种在光的照射下,自身不起变化,却可以促进化学反应的物质,就象植物的光合作用中的叶绿素。半导体光催化剂大多是n型半导体材料,都具有区别于金属或绝缘物质的特别的能带结构,即在价带(Valence Band, VB)和导带(Conduction Band, CB)之间存在一个禁带(Forbidden Band, Band Gap)。当光子能量高于半导体吸收阈值的光照射半导体时,半导体的价带电子发生带间跃迁,即从价带跃迁到导带,从而产生光生电子(e-)和空穴(h+)。此时吸附在纳米颗粒表面的溶解氧俘获电子形成超氧负离子,而空穴将吸附在催化剂表面的氢氧根离子和水氧化成氢氧自由基。而超氧负离子和氢氧自由基具有很强的氧化性,能将绝大多数的有机物氧化至最终产物CO2和H2O,甚至对一些无机物也能彻底分解。

二氯氧铋性质

氯氧铋分子式:BiOCl,分子量:260.43,属于正方晶系,银白色发亮结晶粉末,揉开有银白色珍珠光泽,溶于盐酸、硝酸,不溶于水、丙酮等。

氯氧铋是一种独特的三重氧化物半导体,开放的晶体结构,它的结构是由氯离子层和[Bi2O2]2+层组成,一个[Bi2O2]2+层由两个氯离子层包裹着,形成了一种三明治的结构。结构示意图如下:

图1 BiOCl的晶体结构

氯氧铋这种特殊的晶体结构,使得它的层间的空间比较大,有助于光诱导电子空穴对的分离,在光催化方面有很好的应用。但是它也存在自身的缺陷,带隙为3.5eV,只能在紫外光有作用。所以,为了解决这样的问题,很多研究者提出和研究了氯氧铋与其他材料制备BiOCl的复合材料,进一步改善其性能。

三文献介绍

1Bi/BiOCl半导体异质结构

作者通过水热法合成了Bi/BiOCl半导体异质结构复合材料,BiOCl中氧空位的存在减少了它的禁带宽度,原位生长在BiOCl表面的Bi纳米粒子增强了电子空穴对的分离,使得合成的复合材料在可见光下有优异的催化活性和稳定性,可应用于染料的分解以及持久性有机污染物(POPs)的降解。

1.1实验过程

在传统了合成过程中,3 mmol Bi(NO3)3,0.3g CTAB和0.5 ml HCl (12 M)被混合在了6 ml EtOH中,在180℃下反应三小时,便得到了

这种含有Bi和BiOCl的复合材料。

1.2结构表征

图2

(a)、(b)是透射电子显微镜图,(a)图是Bi纳米粒子均匀的分布在BiOCl纳米片的表面上,(b)图说明BiOCl层的厚度为30nm 左右,这样小的厚度提供了更大的比表面积;(c)是高分辨率透射电子显微镜图,显示了BiOCl的正方结构;(d)图是XRD分析。

1.3 性能测试

在可见光下,将合成的Bi/BiOCl催化剂应用到RHB染料和有机

污染物的分解中,进行性能测试。50mg的催化剂加入到100ml 10mol/L的染料水溶液中,在黑暗环境下搅拌一小时,再在可见光下进行照射测试。得到的数据图如下:

图3

(b)图是随着时间进行,溶液的变化过程示意图,2min后说明染料已经分解完全,(a)图是与其他的催化剂进行对比实验,2min 后Bi/BiOCl催化剂已经将其分解,性能远高于其他材料,(c)看出经过10连续的循环后,Bi/BiOCl催化剂的活性没有任何的减少,(d)图是Bi/BiOCl催化剂作用于两种有机污染物CBD、AP的实验数据图,图中看出,加入Bi/BiOCl催化剂后有机污染物的降解速率明显增大很多。

1.4 性能分析

图4

(a)图是BiOCl和Bi/BiOCl的荧光光谱图,是对实验过程的机理进行分析,BiOCl中355nm、465nm处的两个峰值是电子空穴对的特征峰,在Bi/BiOCl的谱图中这两个峰值几乎看不到了,说明电子空穴对得到了很好的分离,保证了Bi/BiOCl催化剂有良好的催化性能;(b)图是在三种环境(O2、N2、空气)下进行的实验测试,说明在氧气中的性能最好,结合(c)不难看出,O2在反应过程中对电子转移过程起到了很大作用。(c)是在可见光下催化RHB溶液分解的

过程示意图。

1.5 结论

通过水热法合成的Bi/BiOCl复合材料,由BiOCl纳米片层和Bi 纳米粒子组成,在可见光下,对染料及有机污染物的分解有很好的催化活性,这归因于Bi金属纳米粒子在电子转移过程中的作用,使得电子空穴对得到更好分离的结果。

2TiO2–BiOCl双层纳米结构

光电化学水分解过程是解决全球能源问题的一个途径,TiO2因其具有最佳的能带值,作为光电阳极材料有了很多的研究,但TiO2在电子空穴转移效率上的低下限制了它的实际应用。作者合成了TiO2–BiOCl双层纳米结构,解决了效率的问题,在水分解过程中有很好的催化性能。

2.1 实验部分

图5 合成示意图

金红石纳米线直接生长在FTO玻璃基质上,用溶胶-凝胶法将锐钛矿涂在上面,最后用化学溶液沉淀法,将上述材料放入配好的BiOCl溶液中,再取出,如此反复20次、40次、60次、80次,分别制得几种不同BiOCl厚度的复合材料。

2.2 XRD测试

图6 XRD图

图中表示了不同合成阶段及不同BiOCl厚度的XRD图,上面4个图只出现了一个峰值,是因为BiOCl包裹住了里面的物质,BiOCl 本身是一种层状形态,只有一个面能被支配,只出现了一个峰。2.3 光谱分析

图7 拉曼光谱和紫外可见吸收光谱

拉曼光谱中,A1g, B1g, 和E g三个峰是BiOCl的特征峰,拉曼光

谱是研究BiOCl相的最有效的方法;紫外可见吸收光谱中的几条谱线在紫外区域都呈现了宽的吸收,这些数量上的改变对吸收光谱没有太大影响,只因为BiOCl和TiO2拥有相似的能隙,从图中看出材料对紫外光有很好的响应。

2.4 性能测试

图8 I-V特性曲线和ICPE图

为了测试循环多少次后材料的性能是最优的,进行了如上的性能测试。图中的蓝色线和柱状图看出,当循环60次时,电流密度和ICPE 值都是最好的,说明60次是最佳的数量。

2.5 结论

作者合成的这种TiO2-BiOCl复合材料,通过各种表征测试显示,材料是由BiOCl和TiO2组成的,BiOCl的加入增强了材料的光电化学性质,应用于水的分解中有优异的效果。

四前景展望

近年来,氯氧铋因其具有特殊的三重层状结构,和优异的性能得到了很多研究者的关注,对其结构、性能、以及应用于复合材料做了深入的研究,尤其是在光催化方面的优良性质。氯氧铋的出现为光催化方

向上很多的问题提供了解决的途径,也同时为具有相似结构的其他物质的应用提供了方向。所以,氯氧铋在催化上的应用还会是研究者们所关注的,对它的研究还将继续。

参考文献

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铋基光催化剂的调控与污染物降解机理研究伴随着我国社会和工业技术的不断发展,大量污染物尤其是抗生 素等难降解有机污染物被排放到天然水体当中,由此引起的水质污染 和供水安全问题,已成为关乎可持续发展和实现小康社会的关键因素。因此,急需发展自由基强化氧化技术,以实现水中污染物的高效降解 和安全转化。半导体光催化技术是通过将光能转化为化学能,在光能 的驱动下催化产生羟基自由基(·OH)、、超氧自由基 (O2·-)、单线态氧 (1O2)和空穴(h+)等活性氧物种以达到降解水中有机污染物的效果,它具有氧化能力强、污染物 降解彻底、反应条件温和与环境友好的特点,在水污染治理方面具有 较好的应用前景。然而,传统的光催化材料如二氧化钛由于禁带宽度 大(3.2 eV),只能吸收占太阳光4%的紫外光,对占太阳光约43%的可见光的利用效率低,极大限制了该技术的实际应用。为提高太阳能的 利用率,特别是可见光的利用率,构筑高效可见光催化剂成为现阶段 光催化领域的发展前沿。对于具有较宽带隙或较窄带隙的半导体材料,通过调控禁带宽度可以有效提高半导体材料对可见光的响应;对于本 身具有较强可见光吸收的半导体材料,通过构建异质结构,促进光生 载流子的传导,从而抑制光生电子-空穴复合可以有效提高其对可见 光的利用效率;借助上述两种手段,设计并构建纳米复合材料,发展可 见光催化技术,可以有效解决上述问题。近年来,一系列含铋的半导体材料被报道具有优良的光催化活性,其具有独特且可调的电子能带结

卤氧化铋基光催化剂的合成及光催化性能

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钨酸铋制备大全

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【CN110052285A】一种铋基复合光催化剂及其合成方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910299204.2 (22)申请日 2019.04.15 (71)申请人 安徽理工大学 地址 232000 安徽省淮南市泰丰大街168号 (72)发明人 张雷 朱元鑫 吕超南 张鑫  (74)专利代理机构 合肥市长远专利代理事务所 (普通合伙) 34119 代理人 段晓微 (51)Int.Cl. B01J 27/25(2006.01) C02F 1/30(2006.01) C02F 101/34(2006.01) C02F 101/36(2006.01) C02F 101/38(2006.01) (54)发明名称 一种铋基复合光催化剂及其合成方法 (57)摘要 本发明公开了一种铋基复合光催化剂及其 合成方法,所述合成方法包括以下步骤:将硝酸 铋和十六烷基三甲基溴化铵与多元醇溶剂混合, 搅拌均匀后形成反应液,其中,反应液中,硝酸铋 与十六烷基三甲基溴化铵的摩尔比为1:3-1:6; 将反应液在90-130℃下进行反应4-24h,反应结 束后经冷却、固液分离、洗涤、干燥得到所述铋基 复合光催化剂。本发明提出的铋基复合光催化剂 的合成方法过程简单,条件温和,产率高,得到的 复合光催化剂光催化活性高, 稳定性好。权利要求书1页 说明书5页 附图7页CN 110052285 A 2019.07.26 C N 110052285 A

权 利 要 求 书1/1页CN 110052285 A 1.一种铋基复合光催化剂的合成方法,其特征在于,包括以下步骤:将硝酸铋和十六烷基三甲基溴化铵与多元醇溶剂混合,搅拌均匀后形成反应液,其中,反应液中,硝酸铋与十六烷基三甲基溴化铵的摩尔比为1:3-1:6;将反应液在90-130℃下进行反应4-24h,反应结束后经冷却、固液分离、洗涤、干燥得到所述铋基复合光催化剂。 2.根据权利要求1所述铋基复合光催化剂的合成方法,其特征在于,所述多元醇溶剂为乙二醇、丙三醇、一缩二乙二醇、聚乙二醇400中的一种或者多种的混合物。 3.根据权利要求1或2所述铋基复合光催化剂的合成方法,其特征在于,所述多元醇溶剂为乙二醇。 4.根据权利要求1-3中任一项所述铋基复合光催化剂的合成方法,其特征在于,在反应液中,硝酸铋的浓度为0.02-0.08mol/L。 5.根据权利要求1-4中任一项所述铋基复合光催化剂的合成方法,其特征在于,反应液中,硝酸铋与十六烷基三甲基溴化铵的摩尔比为1:3。 6.根据权利要求1-5中任一项所述铋基复合光催化剂的合成方法,其特征在于,包括以下步骤:将0.0012mol的硝酸铋和0.0036-0.0072mol的十六烷基三甲基溴化铵加入15-60ml 乙二醇中,搅拌均匀后形成反应液;将反应液置于圆底烧瓶中,在90-130℃下反应4-24h,反应结束后自然冷却,离心分离后将所得固体洗涤、干燥得到所述铋基复合光催化剂。 7.根据权利要求1-6中任一项所述铋基复合光催化剂的合成方法,其特征在于,包括以下步骤:将0.0012mol的硝酸铋和0.0036-0.0072mol的十六烷基三甲基溴化铵加入45ml乙二醇中,搅拌均匀后形成反应液;将反应液置于圆底烧瓶中,在110℃下反应7h,反应结束后自然冷却,离心分离后将所得固体洗涤、干燥得到所述铋基复合光催化剂。 8.一种铋基复合光催化剂,其特征在于,采用如权利要求1-7中任一项所述铋基复合光催化剂的合成方法制备而成。 2

氧化铋可见光光催化性能的增效改性研究

博士学位论文 目录 摘要............................................................................................I ABSTRACT.....................................................................................III 第1章绪论 (1) 1.1引言 (1) 1.2光催化原理 (1) 1.2.1 光催化基本原理 (1) 1.2.2 光催化活性自由基反应 (2) 1.3光催化研究进展 (4) 1.3.1 光催化应用 (4) 1.3.2 新型半导体氧化铋可见光光催化材料 (7) 1.3.3 光催化性能改性设计思路 (8) 1.4本课题的研究意义与研究内容 (13) 第2章晶型与电子结构对氧化铋光催化性能的影响 (25) 2.1引言 (25) 2.2理论计算部分 (26) 2.2.1 计算模型 (26) 2.2.2 计算方法 (28) 2.3结果与讨论 (28) 2.3.1 几何结构优化的结果 (28) 2.3.2 能带结构和电子态密度 (29) 2.3.3 光学性质 (32) 2.4小结 (33) 计制备及光催化活性研究 (36) 镨掺杂氧化铋新型可见光响应光催化材料的设计制备及光催化活性研究 第3章镨掺杂氧化铋新型可见光响应光催化材料的设 3.1引言 (36) 3.2计算与实验部分 (37) 3.2.1 计算模型与方法 (37) 3.2.2 催化剂制备与评价 (37) 3.2.3 材料表征 (38) 3.3结果与讨论 (39) 3.3.1 几何结构优化结果 (39)

碘氧化铋光催化复合材料的制备及其应用进展

第47卷第13期2019年7月广 州 化 工Guangzhou Chemical Industry Vol.47No.13Jul.2019碘氧化铋光催化复合材料的制备及其应用进展 * 刘著扬,丁 旋,董慧玲,陈梦云 (南昌航空大学环境与化学工程学院,江西 南昌 330063)摘 要:环境和能源问题是当今世界面临的两大难题三半导体光催化为这两个问题的解决提供了途径三铋化合物是一类重要的光催化材料,其中碘氧化铋因为具有极窄的禁带宽度而能有效利用可见光而备受关注三把碘氧化铋与其它材料进行复合是增强其光催化性能的主要方法之一三本文对卤氧化铋复合材料的制备方法和应用性能进行综述,为开展新的碘氧化铋复合材料研究提供思路三 关键词:碘氧化铋;光催化复合材料;进展;制备;应用  中图分类号:TB331 文献标志码:A 文章编号:1001-9677(2019)13-0024-03 *基金项目:南昌航空大学 三小”项目,南昌航空大学校级创新创业课程培育项目(KCPY-1806):现代波谱解析三 第一作者:刘著扬,男,本科生,主要研究光催化降解污染物三Research Progress on Preparation and Application of BiOI-based Photocatalytic Composites * LIU Zhu -yang ,DING Xuan ,DONG Hui -ling ,CHEN Meng -yun (Department of Environmental and Chemical Engineering,Nanchang Hangkong University,Jiangxi Nanchang 330063,China) Abstract :Environmental and energy issues are two major challenges for human today.Semiconductor photocatalysis provides a solution to these two problems.Bismuth compounds are an important class of photocatalytic materials,and bismuth iodide is attracting attention because of its extremely narrow band gap.The combination of bismuth iodide with other materials is one of the main methods to enhance its photocatalytic performance.The preparation methods and applications of bismuth iodide composites were reviewed,and ideas for the development of new bismuth iodide composites were provided.Key words :bismuth iodide;photocatalytic composites;progress;preparation;application 1972年Fujishima 和Honda 利用TiO 2薄膜电极成功光解水[1]以来,光催化技术由于巨大的潜力受到了研究者的广泛关 注三TiO 2在紫外光下具有良好的光催化性能,但由于其禁带宽 度较大(3.2eV),不能利用可见光三太阳能是很好的清洁能 源,而太阳光的能量仅4%在紫外波段,可见光波段占43%[2]三能利用可见光进行光催化反应的半导体材料具有重要的应用价值三 众多材料中,BiOI 因为具有窄的禁带宽度和独特的层状结 构而受到关注三禁带宽度越窄,能利用的光的波长就越大三BiOI 的禁带宽度为1.77~1.92eV,其吸收带约为635nm [3]三卤氧化铋的间接半导体特性使得光生电子在穿越k 空间(k -space)才会到达导带,这降低了电子和空穴的复合速率 [4]三此外,卤氧化铋的晶体结构使它很容易形成内电场,帮助分离光生载流子 [4]三但BiOI 在可见光下的降解效率并不好,可能是由于光生电子与空穴分离效率不高或其价带太低使得氧化能力弱[5]三 复合改性是是改善光催化性能的重要手段,目前已有许多对于BiOI 基复合材料的研究三本文主要从合成方法和应用两方 面对相关研究予以介绍三1 BiOI 复合材料的制备方法BiOI 复合材料的合成方法,如水热法二溶剂热法二浸渍法二沉淀法二煅烧法二静电纺丝法和溶胶凝胶法等三Yang 等[6]通过温和水热法原位合成了AgI /BiOI 异质结构三AgI 和BiOI 可以形成良好的异质结三并且它们都是碘化物,所以作者使用了一锅法合成三他们以冰醋酸为溶剂,以Bi(NO 3)3四5H 2O 和AgNO 3等为原料一锅反应后转移到水热釜中,结果证实了AgI 和BiOI 之间形成了有利于加速光生电子和空穴的分离的界面电场三但由于Ag 是贵金属,此方法难以推广三Yang 等[7]通过离子液体超声辅助法,在室温下数小时内合成了BiOI /BiOCl 复合材料三即把加入Bi (NO 3)3二1-乙基-3-甲基咪唑碘化物([EMIM]I)和1-丁基-3-甲基咪唑氯化物([BMIM]Cl)的水溶液,暴露于超声中1h三该材料在可见光下25min 完全降解了RhB三这种新方法不仅比较简单,而且制备反应时间也不长(约

铋基材料的发展综述汇总

环境友好型铋基材料的制备及其性能研究 1 概述 能源危机和环境问题的日益加重已成为影响全人类可持续发展的重要问题。近年来,可再生与不可再生资源日益枯竭,使得人们不得不高度重视排放物、废弃物的妥善处理和循环再生,减少不可再生资源的消耗和环境的污染,同时寻求绿色环保、可持续发展的新能源就逐渐受到世界各国的广泛关注。 光催化实际上是光催化剂在某些波长光子能量的驱动下,体内的空穴电子对分离,后又引发了一系列氧化还原反应的过程。光催化氧化技术由于其具有环境友好,能有效去除环境中尤其是废水中的污染物,且能耗少,无二次污染等优点已被慢慢重视起来。 自1972 年Fujishima等[1]在《Nature》报道了TiO2在紫外光照射下可以催化水的分解后,半导体光催化剂一直是广大学者们研究的热点。光催化被认为是解决能源问题的关键有效方法之一,近年来受到广大研究者的不断探究。 为了充分利用太阳光,人们对光催化材料进行了众多研究:一方面是对TiO2半导体进行改性,另一方面是寻求新型的非TiO2半导体光催化材料。含铋光催化材料属于非TiO2半导体光催化材料中的一种,电子结构独特,价带由Bi-6s和O-2p轨道杂化而成。这种独特的结构使其在可见光范围内有较陡峭的吸收边,阴阳离子间的反键作用更有利于空穴的形成与流动,使得光催化反应更容易进行。 本文将对近年来含铋光催化剂的研究进展进行综述。 2 铋类光催化剂的制备 2.1铋氧化物光催化剂

铋氧化物是很重要的功能材料,在光电转化、医药制药材料等方面有着很广泛的运用。其中,纯相还具有折射率高、能量带隙低和电导率高的特点。 Bi 2O 3有单斜、四方、体立方和面立方四种结构,只有单斜结构室温下可稳定存在,其他结构在室温下均会转变成单斜结构。 化学沉积法、声化学方法、溶胶-凝胶法、微波加热法等都是制备纳米Bi 2O 3的方法。产品的形态也可根据方法不同而不同,如颗粒状、薄膜状、纤维状等。Wang 等[2] 利用沉积法合成钙铋酸盐(CaBi 6O 10/Bi 2O 3)复合光催化剂,在可见光下(波长大于420nm )降解亚甲基蓝,催化效果显著。反应过程见下图,CaBi 6O 10的导带边比Bi 2O 3更接近阴极,当CaBi 6O 10受到太阳光照射后,产生的光生电子迅速转移到Bi 2O 3的导带边上,Bi 2O 3的光生空穴转移到CaBi 6O 10的价带上,有效实现了光生电子-空穴对的分离,减少了复合率,光催化活性大大提高。 2.2 卤氧化铋光催化剂 卤氧化铋BiO X (X=Cl 、Br 、I )因其较高的稳定性和光催化活性受到研究者的关注,发现光催化活性明显高于P25,并且随着卤素原子序数的增加,卤氧化物BiO X (X=Cl 、Br 、I )的光催化活性逐渐增大,表2.1列出了卤氧化铋光催化剂几种典型制备方法[3-6]。 表2.1 卤氧化铋光催化剂的制备方法与形貌 BiO X (X=Cl 、Br 、I )的晶型为PbFCl 型,是一种高度各向异性的层状结构半导体,属于四方晶系[7]。以BiOCl 为例,Bi 3+周围的O 2?和Cl ?成反四方柱配位,Cl ?层为正方配位,其下一层为正方O 2?层,Cl ?层和O 2?层交错 BiOX 制备方法 形貌和尺寸 BiOCl 水解法 珠光皮状,粒度5~10μm BiOBr 水热合成法 球状颗粒,2~10μm 软模板法 200~300nm 的纳米颗粒 BiOI 快速放热固态复 分解法 粒径约为70nm 复合而成的微米层

氧化铋硅藻土复合光催化剂的制备及其可见光催化性能

硅酸盐学报 · 144 ·2013年 DOI:10.7521/j.issn.0454–5648.2013.04.00 氧化铋/硅藻土复合光催化剂的制备及其可见光催化性能 李焕,张青红,王宏志,李耀刚 (东华大学纤维改性国家重点实验室,上海 201620) 摘要:将硅藻土分散在硝酸铋溶液中,经冷冻干燥后于空气中煅烧得到了Bi2O3/硅藻土质量比为0.1:1~0.6:1的一系列复合光催化剂。用X射线粉末衍射、场发射扫描电子显微镜、比表面积及孔径分析仪等手段对所制备的产物进行了结构表征。以500W氙灯为光源,亚甲基蓝为模拟污水中有机染料,评价了复合光催化剂的可见光催化性能。结果表明:晶粒尺寸约31.7nm的Bi2O3较好地分散在硅藻土表面,既保留了硅藻土自身的多孔结构,又发挥了Bi2O3的可见光催化性能。负载Bi2O3的复合光催化剂能吸收波长小于520nm的可见光和紫外光,Bi2O3/硅藻土=0.4:1时,氙灯光照2h能将20mg/L的亚甲基蓝溶液降解90%以上。 关键词:硅藻土;氧化铋;冷冻干燥;亚甲基蓝;可见光催化 中图分类号:TB332 文献标志码:A 文章编号:0454–5648(2013)04– 网络出版时间:网络出版地址: Preparation and Visible-light Photocatalytic Properties of Bi2O3/Diatomite Composite Photocatalyst LI Huan,ZHANG Qinghong,WANG Hongzhi,LI Yaogang (State Key Laboratory for Modification of Chemical Fibers and Polymer Materials, Donghua University, Shanghai 201620, China) Abstract: Bi2O3/diatomite composite photocatalysts in a mass ratio of Bi2O3 to diatomite range from 0.1:1.0 to 0.6:1.0 were prepared via freeze-drying and subsequent calcination in air. The as-prepared Bi2O3/diatomite composite photocatalysts were characterized by X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscope (FE-SEM) and N2 adsorption-desorption measurement as well. The photocatalytic properties of the samples were investigated through the photocatalytic degradation of methylene blue (MB) under visible light irradiation using a 500W Xe lamp. The results show that the Bi2O3 nanoparticles with the particle size of 31.7nm can be well dispersed on the diatomite surface. With the porous structure of diatomite and the photocalalytic properties of Bi2O3, the Bi2O3/diatomite composite photocatalysts gave a better photocalalytic property under visible light irradiation, and the degradation rate of methylene blue (20mg/L) reached>90% after 2h visible light irradiation over the composite Bi2O3/diatomite of 0.4:1.0. Key words: diatomite; Bi2O3; freeze-drying; methylene blue; visible light photocalalytic 纺织印染废水中的染料多为含偶氮键、苯环、多聚芳香环等的毒性有机氧化物[1],大量未经有效处理的废水排入水体中,对环境造成严重污染[2]。因此,消除废水中的有机污染物成为染料废水治理首先要解决的问题。近年来的工作表明,光催化这种先进的氧化方法具有能够完全氧化降解有机污染物[3],不产生二次污染、常温反应等优点,因而在环境治理尤其是污水处理领域具有广阔的应用前景[4]。虽然半导体纳米晶催化剂效率高,但从液相中分离回收困难[5],大大制约了其广泛应用。近年来,很多研究者尝试将纳米晶光催化剂固定或负载于不同载体得到负载型光催化剂,载体主要有:活性炭、硅胶、沸石、纤维[6–10]等。硅藻土是一种非金属矿物,储量丰富,成本低,具有独特的多孔结构、强吸附性、大比表面积、化学性质稳定等优点[11–12],是一种较理想的光催化剂载体,可通过自然沉降进 收稿日期:2012–11–12。修订日期:2012–11–22。 基金项目:国家科技支撑计划(2006BAA04B02-01);上海市重点学科建设项目(B603)资助。 第一作者:李焕(1985—),女,硕士研究生。 通信作者:张青红(1966—),男,博士,教授。Received date:2012–11–12. Revised date: 2012–11–22. First author: LI Huan (1985–), female, Master candidate. E-mail: 359999610@https://www.360docs.net/doc/0a6423896.html, Correspondent author: ZHANG Qinghong (1966–), male, Ph.D., Professor. 第41卷第4期2013年4月 硅酸盐学报 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol. 41,No. 4 April,2013 2013-03-02 09:39https://www.360docs.net/doc/0a6423896.html,/kcms/detail/11.2310.TQ.20130302.0939.021.html

含铋化合物光催化剂研究

论坛/ Forum 文|刘超君 徐悦华 李 鑫 光 催化反应利用半导体光催化剂在光照下产生光生电子和空穴,进一步引发一系列的氧化 和还原反应,具有节能和环境友好等优点,在降解有机污染物、选择性氧化反应等方面有很广阔的应用前景。TiO 2以其无毒、化学稳定性好、氧化能力强、无二次污染等优点成为理想的光催化剂,但其禁带宽度3.2eV,仅能吸收波长小于387nm 的紫外光,在太阳光谱中仅占4%~6%,太阳光利用率低。为了有效地利用太阳光,寻求廉价、环境友好并具有高活性的可见光光催化剂将是光催化技术进一步走向实用化的必然趋势。目前在这方面的研究工作主要集中于两个方向,一是对TiO 2进行掺杂改性以改善其光催化活性;二是开发非二氧化钛光催化剂,使其能被可见光激发,且具有高的光催化活性,提高太阳光的利用率。因此,含铋化合物光催化剂正是在这样的背景下被研究开发,并取得了一系列重大成果。 氧化铋催化剂 Bi 2O 3具有很多的优良特性,比如:有很大的禁带宽度变化(2~3.96eV),这是由于Bi 2O 3有5种不同的晶体结构,它的电导率变化范围可以超过5个数量级;有很高的折射率和介电常数,除此以外还有好的光导性。Bi 2O 3粉体同TiO 2类似,当受到能量大于其带隙的光照射时, 会产生导带电子和价带空穴。 近年来,有报道用多元醇介质法和氨水沉淀法制备的Bi 2O 3纳米粒子的光催化活性均高于商品Bi 2O 3纳米粒子。 Zhang 等 [1] 在超声波的作用下合成粒径为40~100nm 的Bi 2O 3光催化剂,在可见光照射下(λ>400nm),100min 后甲基橙的降解率为86%,比微米级的Bi 2O 3和TiO 2(P25)两者的催化性能都要好。He 等采用溶胶-凝胶法合成Bi 2O 3,不同的温度下得到正方晶型和单斜晶型的Bi 2O 3,实验结果表明在550℃的煅烧温度下得到的四方晶型氧化铋的催化性能最好,3.5h 后罗丹明B 完全分解。 因单独使用Bi 2O 3的催化效果不理想,所以研究者很少单独利用Bi 2O 3作为催化剂,一般都是Bi 2O 3与其它化合物复合。如用溶胶-凝胶法制备的Bi 2O 3-TiO 2复合薄膜,在太阳光下,Bi 2O 3-TiO 2复合薄膜光催化降解活性艳红X-3B 的活性高于纯TiO 2。 卤化氧铋光催化剂 卤化氧铋(BiOX,X=F、Cl、Br、I)是一种新型的半导体材料,其具有独特的电子结构、良好的光性能和催化性能,因此卤化氧铋成为光催化剂研究的一个新方向。 黄富强课题组用水解方法合成了BiOCl 粉末,BiOCl 是第一种被用为光催化剂的卤氧化物,循环3次降解甲基橙溶液的实验结果表明,每次其光催化性能都优于P25。该课题组又用 软化学方法合成了xBiOB-(1-x)BiOI、xBiOP(1-x)-BiOCl 等化合物,实验证明它们都具有很高的催化活性,都能很好地响应可见光。Meng 等[2]用水热法合成片状的BiOBr 光催化剂,pH 为4.5时,在可见光照射下,120min 甲基橙的降解率达到96%,这表明BiOBr 具有很高的光催化性能。而且循环5次降解,BiOBr 仍稳定且活性不变。 铋的含氧酸盐光催化剂 1. 钛酸铋光催化剂 周静涛课题组在研究Bi 掺杂改性TiO 2时偶然发现,钛酸铋具有较高的光催化性能,是一种很有前途的新型光催化剂。研究表明,几种不同晶相的钛酸铋Bi 4Ti 3O 12、 Bi 2Ti 2O 7、 Bi 12TiO 20的纳米粉体光催化剂有着较高的光催化性能。与TiO 2相比,Bi 4Ti 3O 12、Bi 12TiO 20有着更宽的光响应范围和更高的光催化效率。在它们的结构中均存在TiO 6八面体或TiO 4四面体, 含铋化合物光催化剂研究 寻求廉价、环境友好并具有高活性的可见光光催化剂是光催化技术走向实用化的关键。本文阐述了氧化铋、卤化氧铋、铋的含氧酸盐及其改性等含铋可见光光催 化剂的制备与光催化性能的研究情况。 世界有色金属 2009年第9期 64

纳米氧化铋的制备及应用

纳米氧化铋的制备及应用 姓名:吕青云学号:6100311245 班级:电气信息Ⅱ类115班 摘要:综述了纳米氧化铋的发展研究现状, 并介绍了近年来发展起来的几种纳米氧化铋的制备方法(如固相反应法、沉淀法、水解法、溶胶2凝胶法、喷雾燃烧法、微乳液法、多羟基醇法等) 及纳米氧化铋的电子功能材料、燃速催化剂、光催化降解材料、光学材料、医用复合材料、防辐射材料等主要应用. 关键词氧化铋纳米制备应用钼酸铋水热合成可见光光催化 Bi2O3是一种重要的功能材料,主要以A、B、C和R 4 种品型存在. 晶型不同, 应用不同[1 ]. 氧化铋的应用非常广泛, 它不仅是良好的有机合成催化剂、陶瓷着色剂、塑料阻燃剂、药用收敛剂、玻璃添加剂、高折光玻璃和核工程玻璃制造以及核反应堆的燃料, 而且是电子行业中一种重要的掺杂粉体材料[2~4 ]. 纳米氧化铋除了具有一般粒度(1~ 10 Lm )的氧化铋粉末的性质和用途外, 由于粒度更细, 可用于对粒度有特殊要求的场合[5 ] , 如无机颜料、光学材料、电子材料、超导材料、特殊功能陶瓷材料、阴极射线管内壁涂料等. 近年来, 已采用了多种方法制备纳米Bi2O3 (固相反应法、沉淀法、溶胶2凝胶法、喷雾燃烧法等) 并将其应用于不同领域, 取得了良好的效果. 对纳米 B i2O 3 制备方法及应用的探索已引起了国内外研究人员的广泛兴趣. 本文将根据近年来的相关文献报导, 从制备方法和应用 2 个方面对纳米氧化铋予以介绍, 旨在为进一步拓展其制备方法及应用研究提供借鉴. 1.纳米Bi2O3的制备方法 纳米氧化铋的制备方法有很多种, 大致分为固相法和液相法. 1. 1固相法

BiOI基光催化材料的制备及其光催化性能研究

BiOI基光催化材料的制备及其光催化性能研究 光催化技术是近些年发展起来的一门技术,在环境治理方面有着非常广阔的应用前景,拥有高光催化降解活性的半导体光催化材料一直是人们探究的热点话题,铋基半导体光催化剂拥有适合的禁带宽度和特别的层状结构等一系列特点,因此是人们经常研究的光催化材料之一,尤其是卤氧化铋具有特殊的层状结构和 较高的化学稳定性,但是铋基光催化剂也有很多缺陷,比如带隙比较宽,对可见光的利用率较低、电子空穴的复合率高、比表面积小,对污染物的吸附性能差等一系列缺点,所以需要在铋基光催化剂的基础上进行进一步的改性才能满足实际的 生活应用。本论文主要是针对BiOI基半导体光催化剂进行改性研究,主要开研究工作包括以下三个方面:一是成功制备出BiOI/BiOIO3异质结光催化剂,提高了电子-空穴对的分离效率和对污染物的吸附效率,从而提升了 BiOIO3的光催化性能;二是通过研磨法在常温条件下可控备出不同 形貌的卤氧化铋BiOX(X=I,Cl,Br)光催化剂并研究了其光催化性能;三是通过负载不同含量的Ag来提升BiOI的光催化性能。 (1)在常温下首先通过化学沉积法制备BiOI/BiOIO3混合半导体光催化剂,实验主要是通过调控BiOI的含量合成出不同摩尔比的混合光催化剂,随着混合光催化剂中BiOI含量的提高,与纯BiOIO3相比发现,晶体的衍射峰和形貌并未发生变化,但是样品的颜色逐渐加深,禁带宽度逐渐减小,通过形成混合光催化剂,有效的改变了BiOIO3的带隙结构,缩小了禁带宽度,扩展了BiOIO3的光吸收范围,摩尔比为1:1的混合光催化剂与纯BiOIO3相比,在可见光下降解罗丹明B的效率提高了 4.5倍;进一步将室温条件下合成的摩尔比为1:1的混合光催化剂进行水热反应,水热反

氧化铋薄膜的制备及光催化性能研究

氧化铋薄膜的制备及光催化性能研究* 王留刚,张俊英,李春芝,杨靖安 (北京航空航天大学物理科学与核能工程学院材料物理与化学研究中心,北京100191) 摘 要: 采用磁控溅射制备了氧化铋薄膜,研究了制备工艺对薄膜的结构、微观形貌和光学性能的影响,并对样品进行了光催化性能评价。结果表明,氧氩比和退火温度显著影响薄膜的性能。当氧氩比为20∶80时获得的薄膜具有最佳光催化性能;随退火温度升高,薄膜结晶性增强,并逐渐出现Bi和Si的氧化物,经500℃退火的薄膜具有最强的光催化活性。 关键词: 氧化铋;磁控溅射;氧氩比;热处理;光催化中图分类号: O612.5;O484文献标识码:A文章编号:1001-9731(2011)02-0355-04 1 引 言 氧化铋因具有高的反射系数和介电常数,显著的光电性能以及容易光激发等特性深受关注,广泛应用于电子陶瓷材料、电解质材料、光电材料、高温超导材料、催化剂、核废物吸收材料、显像管荫罩涂层、无毒烟花、固体氧化物燃料电池、氧气传感器、变阻器、电致变色等领域[1-3]。 近年来,氧化铋作为一种新型光催化剂倍受关注,其常温下的禁带宽度为2.8eV,可被可见光激发。由于其广谱特性,氧化铋可以矿化多种有机物,在实际污水处理中具有重大意义[4,5]。 目前制备氧化铋的方法主要有:化学沉淀法[6]、固相合成法[7]、声化学方法[8]、溶胶-凝胶法[9]、化学水浴沉积[10]、水热法[11]等。大部分研究人员把精力集中在粉体制备上,而有关薄膜的制备则很少被报导。在实际应用过程中,需要考虑催化剂回收和重复利用问题,薄膜在这方面具有其独特优势。磁控溅射相对于其它薄膜制备方法具有制备成本、温度低,薄膜的结合力、均匀性和致密性均较好等优点[12,13]。本文采用了直流反应溅射的方式制备氧化铋薄膜,通过改变溅射参数研究非晶氧化铋的光学性能及光催化性能;然后对氧化铋薄膜进行热处理,研究其结构和表面形貌变化及热处理温度对光催化性能的影响规律,获得氧化铋薄膜最佳制备工艺参数。 2 实 验 2.1 样品制备 氧化铋薄膜采用PM500/FV磁控溅射系统制备,溅射方式为直流反应溅射。靶材选用金属铋靶(靶材直径60mm,厚度5mm,纯度99.999%),衬底选用石英玻璃。在制备氧化铋薄膜之前要对衬底进行清洗:首先在浓硫酸和双氧水(10∶1)中加热煮沸,去除表面污染物,然后将其放入丙酮溶液中超声处理,最后用去离子水冲洗干净,放在70℃的烘箱中烘干备用。磁控溅射的参数如表1。 表1 磁控溅射参数 Table 1List of sputtering parameter 溅射参数 反应气体O2 氩气流量(mL/min)50~90 反应气体流量(mL/min)10~50 溅射气压(Pa)1 溅射功率(W)80 靶基距(mm)70 溅射时间(s)15~300 2.2 样品表征 使用D/max-2200pc型X射线衍射仪分析样品的物相组成,扫描范围2θ为5~60°;采用HITACHIS4200型扫描电子显微镜表征样品的表面形貌,工作电压为20kV;利用HITACHI UV-3010紫外-可见分光光度计对样品进行光学透过性能的检测;分别使用Veeco Dektak 6M台式轮廓仪(台阶仪)和辐照计FZ-A对薄膜的厚度与照射到样品表面的光强进行测试。2.3 光催化活性评价 光催化性能以氙灯照射下的罗丹明B(Rh.B)的降解速率来表征。光源选用功率为300W的氙灯,照射到样品表面的可见光强为150mW/cm2。以Rh.B溶液在波长554nm处的吸光度来表征Rh.B溶液的浓度。将薄膜样品(30mm×15mm×1mm)放入装有5mL的Rh.B溶液(10mg/L)的石英槽(35mm×20mm×20mm)中进行催化反应,最后用紫外-可见分光光度计测试溶液在554nm处的吸光度。以原始溶液作为参比样,计算催化降解效率,公式如下: η= c0-ct c0 ×100%(1) 式中,η为降解率;c0为降解前Rh.B溶液的吸光 度;c t 为降解后的吸光度。通过剩余Rh.B的浓度评价薄膜的光催化活性强弱。 *基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2009AA03Z428) 收到初稿日期:2010-06-14收到修改稿日期:2010-12-15通讯作者:张俊英 作者简介:王留刚 (1985-),男,山东菏泽人,在读硕士,师承张俊英研究员,从事半导体光催化材料的研究。

几种铋基功能纳米材料的制备及性能研究

目录 第一章绪论 (1) 1.1引言 (1) 1.2纳米材料的制备方法 (2) 1.2.1化学沉淀法 (3) 1.2.2溶胶凝胶法 (4) 1.2.3溶剂热法 (4) 1.2.4微乳液法 (4) 1.3材料的发光 (5) 1.3.1材料发光原理 (5) 1.3.2材料发光的发展 (6) 1.4材料的光催化 (7) 1.4.1光催化的发展 (7) 1.4.2光催化原理 (8) 1.5铋基功能材料 (9) 1.5.1Bi3+离子激活荧光材料 (9) 1.5.2铋基光催化材料 (9) 1.5.3其他应用 (9) 1.6课题的研究背景、意义及主要内容 (10) 参考文献 (11) 第二章Ca2Sb2O7:xBi3+荧光材料的制备和表征 (15) 2.1实验 (15) 2.1.1实验药品及仪器 (15) 2.1.2共沉淀法制备Ca2Sb2O7:xBi3+前驱体 (16) 2.2性能表征 (16) 2.2.1X射线衍射(XRD) (16) 2.2.2扫描电子显微镜(SEM) (17)

2.2.3紫外-可见光漫反射光谱(UV-vis DRS) (17) 2.2.4荧光光谱(PL) (17) 2.3结果与讨论 (18) 2.3.1样品的结构表征 (18) 2.3.2样品的形貌表征 (20) 2.3.3Ca2Sb2O7:1.5%Bi3+的XPS分析 (20) 2.3.4红外光谱 (21) 2.3.5紫外-可见漫反射光谱 (22) 2.3.6荧光光谱(PL) (23) 2.3.7荧光衰减 (25) 2.3.8CIE色坐标 (26) 2.4本章小结 (26) 参考文献 (28) 第三章Na3Bi(PO4)2:xEu3+的制备及荧光性能研究 (30) 3.1实验 (30) 3.1.1药品及仪器 (30) 3.1.2实验流程 (31) 3.2结果与讨论 (32) 3.2.1样品的物相表征 (32) 3.2.2样品的形貌表征 (34) 3.2.3紫外-可见漫反射表征 (35) 3.2.4EDS测试 (35) 3.2.5样品的发光性能表征 (36) 3.3发光机理研究 (37) 3.4本章小结 (38) 参考文献 (39) 第四章NaBi7P2O16的光催化性能研究 (40) 4.1实验 (40) 4.1.1实验药品及仪器 (40)

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