BiOCl光催化剂的醇热控制合成*

蒋 芬，黄曼艳，曾云婷，黄 钦

（广西民族大学化学化工学院，广西　南宁　530006）

BiOCl光催化剂的醇热控制合成*

蒋 芬，黄曼艳，曾云婷，黄 钦

（广西民族大学化学化工学院，广西南宁530006）

通过只改变醇的种类合成了3种具有不同形态的BiOCl，发现醇的种类是影响最终产物形态的关键因素.考察这3种不同形貌的BiOCl在可见光下降解水溶液中污染物罗丹明B的光催化活性，实验结果表明，不同形貌的产物的光催化活性有很大差异.文章进一步探讨了产生这种差异的可能原因.

醇热控制合成；氯氧化铋；光催化；纳米材料

0　引言

随着环境问题的日益严重，功能材料的环境友好型合成和污染物的绿色处理技术引起了人们的广泛关注[1－3].其中，利用太阳光处理空气和水中的污染物的光催化剂就是一种典型的绿色处理技术[4].

纳米BiOCl半导体材料由于其光催化性能高、化学性能稳定、无毒、价格低廉等优点，在光催化处理有机污染物方面引起了广泛注意，并在近年得到了大量的研究[5].目前以BiOCl光催化材料为基础的光催化技术与传统污染处理技术相比具有诸多优点，例如：利用太阳能、降解有机物无选择性、工艺设备简单易控制、无二次污染等[6－7].

但是BiOCl材料也存在许多不足，如可见光利用率低等[8].改变它的形貌和结构，从分子、纳米及微米多尺度、多层次的设计新型功能化的光催化剂是改善光催化剂性能的有效途径之一[9].在这篇文章中，我们通过只改变醇的种类合成了BiOCl光催化剂，研究发现醇的种类是醇热合成BiOCl光催化剂过程中影响光催化剂形貌和性能的重要因素.

1　实验部分

1.1仪器和药品

德国SUPRA55Sapphire场发射扫描电子显微镜，BrukerD8型X射线衍射仪，OXFORD XMax51－XMX1004能谱仪，美国Agilent Cary60紫外－可见分光光度计，LD5－2A型低速离心机.

硝酸铋Bi（NO3）3·5H2O（AR），氯化钾（AR），氢氧化钠NaOH（AR），盐酸HCl（AR），正丙醇C3H7OH（AR），无水乙醇C2H5OH（AR），丙三醇C3H8O3（AR），乙二醇（CH2OH）2（AR），硝酸银Ag－NO3（AR），罗丹明B C28H31CIN2O3（AR）.

1.2不同形貌BiOCl的制备

分别取0.8mmol Bi（NO3）3·5H2O溶于38ml丙三醇、乙醇和乙二醇中，将2ml（0.8mmol）KCl逐滴滴入上述溶液，搅拌10分钟后装入不锈钢高压釜中，110℃下加热6小时.产品经离心后得到固体粉末.分别用去离子水和乙醇将固体粉末洗涤数次，产物在60℃下烘干[10].

1.3 光催化反应

向反应器中加入50ml的光催化反应指示剂（RhB）（10mg/L）溶液，各加入10mg AgCl/ BiOCl催化剂，在磁力搅拌下暗搅拌60min以达到吸附－解吸平衡，光照所用的光源为300W氙灯，光催化反应时灯与反应器中心间距为20cm.在光催化过程中，取吸附－解吸平衡后的浓度为初始浓度C0，每隔2min取样5ml，离心后用紫外－可见分光光度计检测染料溶液的吸光度，以去离子水为参比液.

2　结果与讨论

2.1催化剂的表征结果

2.1.1XRD谱

图1为不同溶剂所得产物的XRD图，从图1中可以看出，不同溶剂条件下所得BiOCl样品在2θ＝12.0°，24.1°，26.0°，32.4°，33.6°，41.0°，46.1°，54.4°和58.7°处均有很强的衍射峰，分别对应于正方晶系的BiOCl（001），（002），（011），（110），（012），（112），（020），（121）和（122）晶面.但不同溶剂条件下所得样品的衍射峰强度稍有差别，这可能与XRD衍射仪的扫描速度和样品的结晶度有关.

图1　不同溶剂所得产物的XRD图Fig.1　XRD patterns of every samples

2.1.2SEM结果

为了了解不同醇为溶剂对样品形貌的影响，我们对3种产物进行了SEM表征，表征结果如图2所示.由图2的扫描电镜图像可以看出，以丙三醇为溶剂时样品为花球状，以乙醇为溶剂时样品为片状，以乙二醇为溶剂时样品为片组装球状.3种样品有着截然不同的形貌.

图2　丙三醇（a）、乙醇（b）、乙二醇（c）为溶剂时样品的SEM图像Fig.2　SEM images of BiOCl powders using different Alcohols as the solvent

2.2催化剂的光催化性能和机理分析

不同醇为溶剂条件下的BiOCl样品的光催化活性是通过可见光照射下降解水溶液中染料罗丹明B来评价的.文献表明，这种染料是稳定的，在没有催化剂的条件下基本不可分解[11].

图3是在不同催化剂作用下，RhB在光照下浓度随时间的变化图.从图3可知，RhB溶液的特征吸收峰在550nm处，降解过程中溶液的特征吸收峰发生了明显变化，随着时间的延长，吸收峰的强度逐渐减弱.以丙三醇为溶剂的样品催化剂在12min时吸收峰的强度几乎为零，特征峰消失，说明溶液中RhB被降解完全.以乙醇为溶剂的样品催化剂在20min时将污染物降解完全，而以乙二醇为溶剂的样品催化剂在20min时的降解效率大约为60%.

图3　三种不同催化剂催化降解RhB的降解效率曲线Fig.3　the photocatalytic performances of various samples that degrade on RhB respectively

由此可知，同样条件下不同醇为溶剂时样品的光催化效率有很大差异.这可能是由于3种光催化剂的形貌特征不同而引起的.3种光催化剂在形貌上的重大差别导致了它们与污染物的接触面积有了很大差异.丙三醇为溶剂时得到的花球状样品有着最大的比表面积，因此它的降解效率最高.而乙二醇为溶剂时得到的片组装球状样品，由于它的纳米片过于紧凑，导致比表面积有了很大的下降，降解效率低于乙醇为溶剂时得到的片状样品.

3　结论

通过无模板、无表面活性剂的绿色化学方法，在只改变反应物醇的种类的条件下制备了3种不同形貌的BiOCl光催化剂，考察了醇的种类对产物形貌的影响，并进一步探究了不同形貌产品的光催化性能.实验结果表明，以丙三醇为溶剂得到的花球状样品有最好的光催化性能，其次是乙醇为溶剂的样品，乙二醇为溶剂的样品效果稍差.

[1]崔文权，崔文权，安伟佳，等，花状微球BiOBr光催化剂的制备及光催化活性研究[J].功能材料，2013，22（44）：3266－3270.

[2]刘晓霞，刘晓霞，樊彩梅，等，花球状BiOCl薄膜的低温制备及其光催化性能[J].中国科学，2013，8（42）：1145－1151.

[3]Sun Dongfeng，Li Junping，et al.Facile solvothermal synthesis of BiOCl——TiO2heterostructures with enhanced photocatalytic activity[J].CrystEngComm.2014，32（16）：7564－7574.

[4]Xu Yue，Xu Sichao，et al.Citric acid modulated electrochemical synthesis and photocatalytic behavior of BiOCl nanoplates with exposed｛001｝facets[J].Dalton Trans，2014，2（43）：479－485.

[5]Xie Taiping，LiuChenglun，et al.Magnetic composite BiOCl——Sr－Fe12O19：a novel p－n type heterojunction with enhanced photocatalytic activity[J].Dalton Transactions，2014，5（43）.

[6]Hu Jiajia，Xu Guangqing，et al.Photocatalytic properties of Bi/ BiOCl heterojunctions synthesized using an insitureduction method [J].New Journal of Chemistry，2014，10（38）：4913－4921.

[7]Xiong Jinyan，Cheng Gang，et al.Well－crystallized square－like 2DBiOCl nanoplates：mannitol－assisted hydrothermal synthesis and improved visible－light－driven photocatalytic Performance [J].RSC Adv.，2011，8（1）：1542－1553.

[8]Zhu Lu－Ping，Liao Guihong，et al.Self－assembled 3DBiOCl hierarchitectures：tunable synthesis and Characterization[J].CrystEngComm，2010，11（12）：3791－3796.

[9]Lei Yongqian，Song Shuyan，et al.Synthesis，characterization and assembly of BiOCl nanostructure and their photocatalytic properties[J].CrystEngComm，2009，9（11）：1857－1862.

[10]Wang Dong－Hong，Gao Guiqi，et al.Nanosheet－constructed porous BiOCl with dominant｛001｝facets for superior photosensitized degradation[J].Nanoscale，2012，24（4）：7780－7785.

[11]Wen Sunxian，Fang Zhibin，et al.Construction of Teethlike Homojunction BiOCl（001）Nanosheets by Selective Etching and Its High Photocatalytic Activity[J].ACS Applied materials，2014，6（21）：18423－18428.

[责任编辑 黄招扬]

[责任校对 黄祖宾]

Alcohothermal－Controlled Synthesis of BiOCl Photo Catalyst

JIANG Fen，WANG Shu－long，WU Kai－fei，HUANG Qin
（School of Chemistry and Chemical Engineering，Guangχi University for Nationalities，Nanning530006，China）

In this study，we synthesized a series of bismuth oxyiodide compounds that have different morphology through only adjusting the types of alcohols.It was found that the types of alcohol played key roles in determining the morphologies of the final products.The photocatalytic activities of three kinds of products were also evaluated through the degradation of rhodamine B（RhB）from aqueous solution.The results showed that products that have different morphology have different photocatalytic activities.The possible causes of this difference are discussed in this article.

Alcohothermal－Controlled Synthesis；bismuth oxyiodide；photocatalytic；nano materials

O643.36

A

1673－8462（2015）02－0087－03

2015－03－11.

广西自然科学基金（2012GXNSFAA053031）；广西教育部基金（201203YB071）；大学生创新创业训练计划项目（201410608044）；大学生创新创业训练计划项目（201410608051）.

蒋芬（1991－），女，安徽安庆人，广西民族大学化学化工学院应用化学2013级硕士研究生.