复合材料的制备与光催化性能分析-DHG-9070A使用

光催化技术在解决环境污染和能源短缺方面具 有广阔的应用前景。目前，半导体光催化 剂 因 其 广泛的应用而成为研究热点，特别是在光降解有机 污染物方面。ＢｉＯＩ作为一种重要的铋系半导体， 具有较小的禁带宽度，有利于吸收可见光；但同时小的禁带宽度也使得光生电子和空穴容易复合，影响 了光 催 化 性 能。将 ＢｉＯＩ 与 其 他 半 导 体 材 料，如 ＴｉＯ ２ ，Ｆｅ３Ｏ４ ，ＢｉＯＢｒ和 ＢｉＶＯ４ 等形 成 复 合 材 料，可以进一步促进 ＢｉＯＩ对可见光的响应能力以及 电子－空穴对的分离，从而提高光催化效率。

１ 实验部分

１．１ 主要试剂与仪器

二氧化锡（ＳｎＯ２），天津市科密欧化学试剂有限 公司；无水乙醇（Ｃ２Ｈ５ＯＨ），天津市巴斯夫化工有限 公司；硝酸铋（Ｂｉ（ＮＯ３）３·５Ｈ２Ｏ），天津博迪化工股份有限公司；碘 化 钾（ＫＩ），天 津博迪化工股份有限 公司；亚 甲 基 蓝 （ＭＢ），国 药 集 团 化 学 试 剂 有 限 公 司。均为分析纯。 电子天平，ＢＳＡ１２４Ｓ型，赛多利斯科学仪器有限 公司；恒温磁力搅拌器，Ｔ１０９－１Ｓ型，上海司乐仪有限 公司；电热鼓风干燥箱，ＤＨＧ－系列，上海一恒科学仪 器有 限 公 司；Ｘ 射 线 粉 末 衍 射 仪，Ｄ／Ｍａｘ－２５００／ＰＣ 型，日本理学株式会社；扫描电子显微镜，ＪＳＭ－６７００Ｆ 型，日本电子公司；高分辨透射电子显微镜，ＪＥＭ－２１００ 型，日本 电 子 公 司；紫 外－可见－近红外分光光度计， Ｃａｒｙ５００型，美国 瓦 里 安 公 司；荧 光 光 谱 仪，Ｆ－２７００ 型，日本日立集团；双光束紫外－可见分光光度计，ＴＵ－ １９００型，北京普析通用仪器有限责任公司。

１．２ 样品制备与表征

将一定量的 ＫＩ缓慢溶解到２００ｍＬ 去离子 水 中，边搅拌边加入等物质的量的 Ｂｉ（ＮＯ３）３·５Ｈ２Ｏ， 将ＳｎＯ２ 粉末加入到 上 述 混 合 液 中。改 变 ＳｎＯ２ 的 加入量，使 Ｓｎ／Ｂｉ的 物 质 的 量 比 为 ０∶１０，３∶７，５∶５，７∶３和１０∶０，分别记为纯 ＢｉＯＩ，ＳＢ－３，ＳＢ－５， ＳＢ－７和纯 ＳｎＯ２。将混 合 液 在 室 温 下 搅 拌 ４０ ｍｉｎ， 再在８０ ℃下搅拌３ｈ。最后对所得产物进行抽滤、 洗涤和干燥得到目标产物。

１．３ 光催化性能测试

光源用的是３００ Ｗ 的碘 钨 灯（用４２０ｎｍ 截止 滤光片 滤 掉 紫 外 光）。向 １００ ｍＬ１０ ｍｇ·Ｌ－１ 的 ＭＢ溶液 中 加 入０．１ｇ催化 剂，将 悬 浊 液 避 光 搅 拌 ６０ｍｉｎ以达到 ＭＢ 在催化剂材料表面吸附和脱附 平衡。光降解过程中，间隔１ｈ取样，用分光光度计 测定 ＭＢ溶液的吸光度。

２ 结果与讨论

产物的 ＸＲＤ 图谱 见 图１。ＳｎＯ２ 和 ＢｉＯＩ的衍 射峰分 别 与 ＳｎＯ２ 标 准 卡 品 片 （ＪＣＰＤＳ４１－１４４５）和 ＢｉＯＩ标准卡片（ＪＣＰＤＳ１０－４４５）相匹配。ＳｎＯ２／ＢｉＯＩ 复合材料的 图 谱 中 同 时 出 现 了 ＳｎＯ２ 和 ＢｉＯＩ的衍 射峰，说 明 ＳｎＯ２ 和 ＢｉＯＩ复合 成 功，而 且 并 没 有 发 生化学作用产生新相。随 着 ＳｎＯ２ 掺杂 量 的 增 加 （ＳＢ－３，ＳＢ－５，ＳＢ－７），可以看出复合材料中 ＢｉＯＩ的衍 射峰强度逐渐减弱而ＳｎＯ２ 的峰强度逐渐增强。

ＢｉＯＩ几乎 在 整 个 可 见 光 范 围 内 都 具 有 较 好 的 吸收能力，而ＳｎＯ２ 基本上只对紫外光具有光响应。 与纯ＳｎＯ２ 相比，复合材料的光响应范围变大，光吸 收能力增强。ＭＢ在没加催化剂的空白溶液中几乎没有发生 降解。从－６０ｍｉｎ到０ｍｉｎ，是暗吸附实验，催化剂 对 ＭＢ的吸附量的大小顺序与最终的降解率的大小 顺序是一致的。ＳｎＯ２／ＢｉＯＩ复合材料的光催化效率 相比纯 ＢｉＯＩ和ＳｎＯ２ 都有明显提高。因此，将 ＢｉＯＩ 和ＳｎＯ２ 复合能够改善二者的光催化性能。本实验 条件下，当ｎ（Ｓｎ）∶ｎ（Ｂｉ）＝７∶３时（ＳＢ－７），复合材 料具有最好的光催化效率。

３ 结 论

采用简单的恒温加热法制备出 ＢｉＯＩ粉末 及 不 同比例的 ＳｎＯ２／ＢｉＯＩ复合材料。结果表明：所制备 的ＳｎＯ２／ＢｉＯＩ复合 材 料 展 现 出 了 较 好 的 可 见 光 吸 收特性，光生电荷在ＳｎＯ２ 和 ＢｉＯＩ异质结界面能够 有效进行分 离，降低载流子的复合几率，提 高 了 对 ＭＢ的光降解效率。当ＳｎＯ２ 和 ＢｉＯＩ的物质的量比 为７∶３时，光催化活性最好。