高效光催化活性BiOI
《BiOI光催化剂的稳定性及BiOBr(Cl)性能强化研究》范文
《BiOI光催化剂的稳定性及BiOBr(Cl)性能强化研究》篇一摘要：本文针对BiOI光催化剂的稳定性及BiOBr(Cl)性能强化进行了深入研究。
通过实验分析，探讨了不同因素对BiOI光催化剂稳定性的影响，并研究了BiOBr(Cl)的改性方法及其对光催化性能的提升。
本文旨在为光催化领域提供理论依据和实践指导。
一、引言随着环境污染和能源短缺问题的日益严重，光催化技术因其独特的优势成为了研究的热点。
BiOI作为一种具有较高光催化活性的材料，其稳定性成为了研究的重点。
而BiOBr(Cl)作为BiOI 的变体，其性能强化研究对于提高光催化效率具有重要意义。
二、BiOI光催化剂的稳定性研究1. 实验材料与方法本部分实验采用不同条件下合成的BiOI光催化剂，通过X 射线衍射、扫描电子显微镜等手段对其结构、形貌进行表征。
同时，通过循环实验、长时间光照实验等方法测试其稳定性。
2. 结果与讨论实验结果表明，BiOI光催化剂的稳定性与其合成条件、晶体结构、表面形态等因素密切相关。
在合适的合成条件下，BiOI光催化剂表现出较高的稳定性。
此外，通过表面修饰、掺杂等手段可以进一步提高其稳定性。
三、BiOBr(Cl)性能强化研究1. 改性方法针对BiOBr(Cl)的性能强化，本文提出了多种改性方法，包括元素掺杂、异质结构建、表面光敏化等。
通过这些方法，可以改善BiOBr(Cl)的光吸收性能、电荷分离效率等。
2. 实验结果与性能分析经过改性后的BiOBr(Cl)表现出更高的光催化活性。
实验结果表明，改性后的光催化剂在可见光下的光吸收范围更广，电荷分离效率更高，从而提高了光催化反应的速率和效率。
四、结论与展望本文针对BiOI光催化剂的稳定性和BiOBr(Cl)性能强化进行了深入研究。
实验结果表明，通过合适的合成条件和改性方法，可以显著提高BiOI光催化剂的稳定性和BiOBr(Cl)的光催化性能。
然而，光催化领域仍存在许多待解决的问题，如催化剂的回收利用、实际应用中的成本问题等。
可见光激发的BiOI
物 理 化 学 学 报Acta Phys. -Chim. Sin. 2023, 39 (12), 2212039 (1 of 13)Received: December 23, 2022; Revised: February 6, 2023; Accepted: February 8, 2023; Published online: February 17, 2023. *Correspondingauthors.Emails:****************.cn(M.S.);************.cn(J.X.).†These authors contributed equally to this work.The project was supported by the National Natural Science Foundation of China (21673201), the Yangzhou Guangling District Science and Technology Plan Industry Foresight and Key Common Technology Key Project (GL202206), the Top-notch Academic Programs Project of Jiangsu Higher Education Institutions, China (TAPP), and the Priority Academic Program Development of Jiangsu Higher Education Institutions, China.国家自然科学基金(21673201), 扬州市广陵区科技计划产业前瞻性与共性关键技术重点项目(GL202206), 江苏高校品牌专业建设工程项目和江苏高校优势学科建设工程项目资助© Editorial office of Acta Physico-Chimica Sinica[Article]doi: 10.3866/PKU.WHXB202212039Performance Improvement and Antibacterial Mechanism of BiOI/ZnO Nanocomposites as Antibacterial Agent under Visible LightJing Kong 1,2,†, Jingui Zhang 3,†, Sufen Zhang 2, Juqun Xi 1,*, Ming Shen 2,3,*1 Medical College, Yangzhou University, Yangzhou 225009, Jiangsu Province, China.2 College of Chemistry and Chemical Engineering, Yangzhou University, Yangzhou 225002, Jiangsu Province, China.3 Jiangsu Huicheng Medical Technology Co., Ltd., Yangzhou 225108, Jiangsu Province, China.Abstract: Bacterial infections cause various serious diseases including tuberculosis, meningitis, and cellulitis. Moreover, there is an increase in the number of drug-resistant bacterial strains, which has caused a global health issue. Thus, it is highly essential to develop more effective antibacterial agents. Currently, zinc oxide (ZnO) is commonly used as an inorganic antibacterial agent, but with a notable limit in efficiency. In this work, to improve ZnO antibacterial activity under visible light, bismuth oxyiodide (BiOI) with a narrow bandgap of 1.8 eV was used as a suitable refinement to ZnO. Four different BiOI/ZnO nanocomposites were designed and synthesized via a simple mechanical stirring method in an atmospheric environment;these were denoted as BiOI/ZnO-2.5%, BiOI/ZnO-5%, BiOI/ZnO-10%, and BiOI/ZnO-20%. The successful synthesis of the BiOI/ZnO nanocomposites was verified through X-ray powder diffraction, energy-dispersive X-ray analysis, scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). A unique BiOI/ZnO heterojunction was also observed for the nanocomposites through high-resolution TEM, XPS, and selected area electron diffraction. Ultraviolet-visible diffuse reflectance spectroscopy revealed that all four BiOI/ZnO nanocomposites exhibited improved visible light absorption and possessed narrower bandgaps than the ZnO nanoparticles (nano-ZnO). Furthermore, the antibacterial activities of all BiOI/ZnO nanocomposites were investigated under visible light against both gram-positive and gram-negative bacteria strains. The results indicated a significant improvement in the antibacterial activities of BiOI/ZnO-10% and BiOI/ZnO-20% against both Staphylococcus aureus (S. aureus ) and Escherichia coli (E. coli ). Strong light exposure was found to be attributable to an increase in the antibacterial activity against S. aureus . In addition, the antibacterial mechanistic investigation was conducted upon visible light activation. The SEM images showed completely broken bacterial cell walls for both bacteria strains after treatment with the BiOI/ZnO nanocomposites. Hydroxyl radicals (•OH), which are strong reactive oxygen species, generated by the BiOI/ZnO nanocomposites under visible light, were also trapped by 5,5-dimethyl-1-pyrroline-N -oxide. Furthermore, zeta potential analysis revealed the presence of more positively charged BiOI/ZnO nanocomposite surfaces than the surfaces of nano-ZnO. The metal ions released from the BiOI/ZnO nanocomposites under visible light were also studied through inductively coupled plasma mass spectrometry. Based on the above results, BiOI/ZnO nanocomposites were found to exhibit antibacterial mechanism similar to that of nano-ZnO. In the dark, E. coli growth was only inhibited by Zn 2+ released from both BiOI/ZnO nanocomposites and pure nano-ZnO. After visible light activation, •OH generated from theBiOI/ZnOnanocomposites mainly contributed to the bacterial cell death of both E. coli and S. aureus. This study proposes an effective strategy to enhance the antibacterial activity of nano-ZnO under visible light upon the formation of nanocomposites with BiOI. Besides, this study indicates that the ZnO-based nanocomposites can be used as a more effective antibacterial agent in clinical applications.Key Words: BiOI/ZnO nanocomposites; Photocatalysis; Antibacterial activity; Visible light activation;Reactive oxygen species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孔菁1,2,†，张金贵3,†，张素芬2，奚菊群1,*，沈明2,3,*1扬州大学医学院，江苏扬州 2250092扬州大学化学化工学院，江苏扬州 2250023江苏汇诚医疗科技有限公司，江苏扬州 225108摘要：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。
BiOI的制备方法
BiOI的制备方法BiOI 的制备1.水热法水热法是湿化学方法之一。
湿化学方法一般会用到表面活性剂、高温、有机溶剂、过程控制和模板等。
水热法是实验室常用的方法之一，因为该方法成本比较低、反应温度不高、产率高，能够制备出理想的结构，适合大规模的生产。
使用水热法制备BiOI时，可以通过加入表面活性剂调控晶体的生长，制备出具有理想形貌的产物。
采用五水合硝酸铋（Bi（NO3）3·5H2O）和碘化钾（KI）分别作为Bi源和I源,乙二醇（EG）作为助剂与水一起作为溶剂,通过水热法合成BiOI。
取1. 455 g( 0. 003 mol) Bi( NO3) 3·5H2O 加入到80 mL 乙二醇中，室温下使用磁力搅拌器充分搅拌得到白色浊液，将0. 498 g( 0. 003 mol) KI 溶于80 mL 去离子水中，逐滴加至上述白色浊液中，持续搅拌最终得到红色BiOI，最后转入200 mL 高压反应釜中，160 ℃恒温处理24 h，所得产物进行过滤并用去离子水、无水乙醇洗涤 3 次，在60 ℃鼓风干燥箱中烘干得到BiOI 纳米颗粒。
采用单一元素变量法,通过研究反应液条件对BiOI光催化材料的催化活性及结构的影响,来筛选出新型光催化材料BiOI的最佳制备条件。
通过SEM、XRD、UV-Vis等对合成材料的结构和形貌等性质进行表征,通过光催化降解亚甲基蓝（25mg/L MB）和罗丹明B（10mg/L RhB）模型来对此光催化剂的催化活性进行评价。
实验结果表明：在反应溶液pH=5、水热反应温度T=160℃、水热反应时间t=16h的条件下合成的BiOI样品的光催化活性最高,可见光照射30min对MB和RhB 的降解率都能够达到98%。
2.溶剂热法溶剂热法与水热法的不同之处是溶剂法使用有机溶剂代替水，利用溶剂热法制备纳米材料时，可以选择一种或多种有机溶剂均匀混合之后作溶剂，这样极大地扩大了水热法的应用范围。
BiOXX=Cl, Br, I系列光催化剂的制备、改性及应用研究
BiOX(X=Cl, Br, I)系列光催化剂的制备、改性及应用研究【摘要】本文对近年来发展起来的铋氧卤biox(x=cl, br, i)系列半导体光催化材料的制备、改性以及应用进行了综述。
阐述了其制备方法及改性的研究现状，重点介绍了水热法及溶剂热合成法，并对其应用前景进行了展望。
【关键词】光催化；铋氧卤；水热法；溶剂热法；改性前言光催化技术由于具有低能耗，操作简便而显出其优越性，被广泛用于能源和环境科学中。
为了高效地利用太阳光，人们已经合成了各种不同的半导体光催化材料。
研究发现许多bi基化合物都具有光催化性能，bi基化合物中最有代表性的是卤氧化铋（biox）系列化合物，卤氧化铋biox作为一种新型光催化剂[1],具有特殊的层状结构和合适的禁带宽度,从而显示出其优异的光催化性能。
biocl、biobr和bioi的禁带宽度分别为3.22 ev, 2.64 ev和1.77 ev，因此biocl在紫外光下响应，而biobr和bioi在可见光下响应。
下面我们将对biox的制备、改性以及应用进展进行综述。
1.制备方法制备微纳米卤氧化铋的方法主要有水热法、溶剂热法、高压喷溅沉积法、微乳液法、超声法、化学气相法、溶胶凝胶法。
其中，水热法和溶剂热法是文献中常见的biox化合物合成方法。
王云燕[2]等用硝酸铋转化水解法制了biocl粉末，得到的颗粒大小一般在几百个纳米到几个微米之间。
xia[3]等以乙二醇为助剂，在离子液体存在的环境下，溶剂热法合成了空心球状bioi。
zhang[4]等用微波辅助溶剂热法合成微球状biobr。
j. henle等[5]用反相微乳法合成biox(x=c1，br，i)纳米粒，wang[6]等用静电纺丝技术制备出biocl和bi2o3纳米纤维，lei等[7]用声化学合成bioci二维纳米盘和三维层状结构，peng等[8]用低温化学气相法合成单晶biocl纳米结构。
2.改性方法为进一步提高biox的催化性能，大量的研究实验围绕着对其进行改性展开。
bioi与乙酰丙酮氧钒转化为bivo4方程式
bioi与乙酰丙酮氧钒转化为bivo4方程式近年来，随着环境污染问题的日益严重，人们对于可再生能源的需求也越来越迫切。
太阳能作为一种清洁、可再生的能源，备受关注。
然而，太阳能的利用效率仍然有待提高。
在这方面，光催化技术被认为是一种有潜力的解决方案。
光催化技术利用光能将光子转化为化学能，从而实现水的分解和有机物的降解等反应。
在光催化反应中，催化剂起着至关重要的作用。
近年来，一种名为BiVO4的催化剂备受研究者的关注。
BiVO4是一种具有良好光催化性能的半导体材料。
它具有较窄的能隙和适中的带边位置，使其能够吸收可见光并产生光生电子-空穴对。
这些电子-空穴对可以参与光催化反应，从而实现水的分解和有机物的降解等重要反应。
然而，纯BiVO4的光催化性能仍然有待提高。
为了增强其光催化活性，研究者们通过掺杂和复合等方法进行了改性。
其中，一种名为bioi的材料被发现可以有效提高BiVO4的光催化性能。
Bioi是一种具有层状结构的材料，其化学式为Bi4O4I6。
它具有较大的比表面积和丰富的活性位点，可以提供更多的反应活性中心。
此外，bioi还具有良好的光吸收性能和电子传输性能，有助于提高光催化反应的效率。
乙酰丙酮氧钒是一种常用的前驱体，可以用于制备BiVO4。
通过将乙酰丙酮氧钒与bioi进行反应，可以得到BiVO4。
其反应方程式如下：2Bi4O4I6 + 3VO(acac)2 → 4BiVO4 + 12BiI3 + 6(acac)在这个反应中，乙酰丙酮氧钒与bioi发生反应，生成BiVO4、BiI3和乙酰丙酮。
BiVO4是最终产物，具有良好的光催化性能。
BiI3是副产物，可以通过后续处理进行回收利用。
通过这种方法制备的BiVO4具有较高的光催化活性。
研究表明，与纯BiVO4相比，bioi掺杂的BiVO4在可见光下的光催化活性提高了很多。
这是因为bioi的引入增加了反应活性位点，提高了光生电子-空穴对的产生率。
总之，光催化技术是一种有潜力的解决能源和环境问题的方法。
碘氧铋复合光催化材料的制备及其降解RhB性能研究
碘氧铋复合光催化材料的制备及其降解RhB性能研究碘氧铋复合光催化材料的制备及其降解RhB性能研究引言水污染问题日益严重，已成为全球环境科学领域研究的热点之一。
有机染料是水污染的主要来源之一，如何高效降解有机染料成为了研究的重点。
催化降解技术作为一种可行的方法，吸引了广泛的关注。
其中，光催化技术因其高效、环保的特点而备受瞩目。
本文主要研究了一种具有良好光催化降解性能的碘氧铋复合材料的制备方法以及其降解罗丹明B（RhB）的性能。
实验方法碘氧铋复合材料的制备：将碘化铋（BiI3）和水合锂盐（Li2O·nH2O）以1:2的摩尔比混合，并在高温条件下进行球磨2h，然后通过离心将固体沉淀分离，最后在真空中干燥制备形成碘氧铋复合材料。
材料表征：使用X射线衍射仪（XRD）对制备的碘氧铋复合材料进行晶体结构分析，利用紫外-可见漫反射光谱仪（UV-Vis DRS）研究其光吸收性能。
此外，使用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）观察材料的形貌和微观结构。
光催化性能测试：以罗丹明B（RhB）为目标污染物，制备一定浓度的RhB溶液，并将碘氧铋复合材料加入反应体系中。
在紫外光照射下，测定不同时间间隔下RhB溶液中的降解率。
结果与讨论碘氧铋复合材料的XRD图谱显示其为结构完整、无杂质的型号，与文献中报道的BiOI的晶体结构相似。
UV-Vis DRS结果表明，碘氧铋复合材料在可见光范围内具有较高的光吸收能力。
SEM和TEM图像显示，复合材料呈现出均匀的颗粒形貌，颗粒粒径约为100 nm。
光催化降解实验结果显示，碘氧铋复合材料能够显著地降解RhB。
在紫外光照射2小时后，RhB降解率达到80%，而在4小时后，降解率接近100%。
这表明碘氧铋复合材料对RhB具有良好的光催化活性。
此外，对比了碘化铋（BiI3）和水合锂盐（Li2O·nH2O）所单独制备的样品，发现单独使用碘化铋或水合锂盐的降解效果远不如碘氧铋复合材料。
铋系光催化剂的最新研究进展
铋系光催化剂的最新研究进展王军;伍水生;赵文波;廉培超;王亚明【摘要】铋系光催化剂作为一种新型的催化剂成为了近年来的研究热点.综述了铋系光催化剂包括钨酸铋,钒酸铋,钛酸铋及卤氧化铋的一些最新研究进展,从合成方法,影响因素,反应机理,光催化活性等方面对其进行阐述.并指出了该类型催化剂目前存在的问题和发展前景.【期刊名称】《化工科技》【年(卷),期】2014(022)002【总页数】6页(P74-79)【关键词】铋系光催化剂;钨酸铋;光催化活性;研究进展【作者】王军;伍水生;赵文波;廉培超;王亚明【作者单位】昆明理工大学化学工程学院,云南昆明650500;昆明理工大学化学工程学院,云南昆明650500;昆明理工大学化学工程学院,云南昆明650500;昆明理工大学化学工程学院,云南昆明650500;昆明理工大学化学工程学院,云南昆明650500【正文语种】中文【中图分类】TQ426.8环境污染和能源短缺是21世纪人类迫切需要解决的2大问题，光催化反应在室温下利用太阳能作为光源可以直接驱动反应的独特性能，成为了一种理想的环境污染控制技术和清洁能源生产技术。
TiO2具有无毒，催化活性高，抗氧化能力和稳定性强等优点。
但TiO2的禁带较宽为3.2e V，在可见光范围内没有响应，太阳能的利用率较低，激发产生的电子和空穴复合率高，光量子效率<4%。
因此急需开发新的半导体催化剂，使其在可见光范围内有响应，并具有较高的催化活性。
在这种情况下科研工作者研究和开发出了铋系光催化剂并取得了一系列显著成效。
作者将介绍几种常用的铋系光催化剂。
1 光催化原理光催化反应是指利用光能进行物质转化的一种方式，是光与物质之间相互作用的多种方式之一。
光催化剂一般是一些在常温下导电性能介于导体和绝缘体之间的半导体材料。
半导体一般是由充满电子的低能价带(VB)和空的高能导带(CB)构成，价带和导带之间称为禁带，没有能级存在。
用公式大概可进行估算。
微波法合成BiOI光催化剂的条件探究
ｄ ｅ ｇ ｒ ａ ｄ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ＭＯ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｕ ｌ ｔ ｒ ａ ｖ ｉ ｏ ｌ ｅ ｔ ｌ ｉ ｇ ｈ ｔ ｉ ｒ ｒ ａ ｄ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｃ ａ ｔ ａ ｌ ｙ ｓ ｔ ；ｂ ｉ ｓ ｍｕ ｔ ｈ ｏ ｘ ｙ ｉ ｏ ｄ ｉ ｄ ｅ ；ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｗ ａ ｖ ｅ ；ｍｅ ｔ ｈ ｙ ｌ ｏ ｒ ａ ｎ ｇ ｅ
ｉ ｒ ｒ ａ ｄ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｗ ａ ｓ ａ ｎ ａ ｓ ｓ ｉ ｓ ｔ ｅ ｄ—ｓ ｙ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｓ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ Ｂ ｉ （ Ｎ Ｏ ３ ） ３・ ５ Ｈ２ Ｏ ａ ｎ ｄ Ｋ Ｉ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ａ ｒ ｔ ｉ ｎ ｇ ｒ ａ ｗ ｍ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ，ｇ ｌ ｙ ｃ ｏ ｌ ａ ｎ ｄ
第４ １ 卷第 ２ ０期 ２ ０ １ ３年 ｌ ０月
广
州
化
工
Ｖｏ １ ． ４１ Ｎｏ ． ２ ０ Ｏｃ ｔ ｏ ｂ ｅ ｒ ． ２ ０ １ ３
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高效光催化活性BiOI-石墨烯的合成及其性能研究
朱玲1，王磊1，夏杰祥2，陈志刚1，*
( 1. 江苏大学环境与安全工程学院，镇江 212013；2. 江苏大学化学化工学院，镇江 212013 )
目前，中空和多孔结构的光催化材料在清洁氢能源和环境保护方面有较好的应用，而BiOI 材料是一个层状结构的重要V-VI-VII 三元化合物。
这类层状结构材料的特点是由[Bi 2O 2]层中交错了两层卤素原子形成[1]。
为了进一步提高BiOI 的光催话活性，石墨烯纳米复合材料由于其特殊的结构和性能，成为光、电领域研究的热点。
石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，是一种由碳原子以sp 2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料[2]。
本文用硝酸铋、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和氧化石墨烯作为反应物，通过水热法合成BiOI 单体和不同比例的BiOI-石墨烯。
本实验通过XRD 、XPS 、SEM 、TEM 等表征方法研究其结构，并对其构效关系进行分析。
BiOI-石墨烯在可见光下降解罗丹明B 活性图如图1 所示，图中发现参杂量为2wt% BiOI-石墨烯的复合光催化材料的光催化活性最好，其光催化降解率是99.6%，比单体高出很多。
本文对BiOI-石墨烯复合光催化剂光催化活性的增强可能的机理进行了讨论，认为这主要是因为石墨烯有很好的电子传导性，可以有效抑制BiOI-石墨烯的电子和空穴对的复合。
03060901201501800.0
0.20.4
0.6
0.8
1.0
C /C 0
Time/min BiOI 0.5% 1%
2%
3%
图1. 催化剂在可见光下降解罗丹明B(RhB)活性图
参考文献：
[1] Wang W D, Huang F Q, Lin X P, Yang J H. Visible -light-responsive photocatalysts xBiOBr-(1-x)BiOI[J]. Catal. Commun. 2008, 9, 8-12.
[2] A. Siokou, F. Ravani,S. Karakalos,O.Frank,M, Kalbac,C.Galiotis,Surface refinement and electronic properties of graphene layers grown on copper substrate:an XPS, UPS and EELS study, Applied Surface Science 257 (2011)9785–9790.。