片状BiOCl的制备及降解罗丹明B的研究

叶 坪，龚建康，李 浪，李俊杰

（昭通学院 化学化工学院，云南 昭通 657000）

最近几年来，卤氧化铋（BiOX= Cl、Br、I）作为一种新型光催化剂，备受大家的关注[1]。由于BiOCl晶体结构为 PbFCl 型；BiOCl是一种具有高度各向异性层状结构的半导体，同时它具有间接跃迁带隙 ，激发电子需要通过某些 k层才能最终抵达价带 ，很大程度上降低了激发电子和空穴再复合的概率，这些特点使 BiOCl作为光催化剂时拥有较高催化活性的主要原因[2]。

实验成功制备出片状光催化剂BiOCl，方法为溶胶-凝胶法（sol-gel）。用该片状催化剂在模拟可见光下降解染料罗丹明B（RhB），并与商用 TiO2降解效果进行比较。

1 实验部分

1.2 仪器和药品

药品：罗丹明B（RhB）（AR、上海国药集团），无水乙醇（AR、上海阿拉丁），硝酸氧铋（AR、上海阿拉丁），盐酸和二氧化钛(TiO2)（AR、上海阿拉丁）

仪器：PW3040/60 X-射线粉末衍射仪（Philips）；S-4800扫描电子显微镜（Hitachi）；2802PCS紫外-可见分光光度仪（UNICO）；CP214型电子精密天平（OHAUS）；高速离心机（Anke）；SHZ-D型旋片式真空泵（天津华鑫厂制备）

实验室采用的光催化装置是自己组装的。试验中为得到可见光，光源采用氙灯（500 W），滤去紫外光需把滤光片(λ＞420 nm)置于反应器与氙灯间，并且用二台600 W功率的风扇放于反应器的右侧和右上侧用于使催化反应器的温度降到室温左右，同时要注意反应器和氙灯的中心的距离为10 cm左右[3]。

1.2 片状BiOCl的制备

首先，将4.85 g Bi(NO)3·5H2O溶解在45 mL去离子水中搅拌1 h，使Bi(NO)3·5H2O在去离子水中充分溶解形成BiONO3溶液[3]，在将20 mL HCl（1 mol/L）缓慢的滴加到BiONO3溶液中搅拌20 min，用去离子水和无水乙醇反复洗涤几次，至溶液成中性，放置沉淀物在75 ℃烘箱干燥12 h，取出经过冷却、研磨等处理，该粉末为BiOCl样品[3]。

2 结果和讨论

2.1 X-射线粉末衍射（XRD）分析

图1 为BiOCl样品的XRD图谱，与标准卡片对照，发现该催化剂BiOCl在11.98°，25.86°，32.50°和33.45°处出现了特征衍射峰与标准卡片(JCPDS No.06-0249)完全相同；同时，未检测到其他杂质相的存在，说明制备的催化剂为纯相的BiOCl。

图1 片状BiOCl的XRD图Fig.1 XRD patterns of the flake BiOCl

2.2 BiOCl的形貌

图2 片状BiOCl催化剂SEM图Fig.2 SEM of photocatalyst the flake BiOCl

通过图2 BiOCl催化剂的SEM图可观察出催化剂的表面形貌特征，从图可看出该样品是由许多表面光滑的片状逐渐堆积而成，其片状直径大小不均一，大约在2μm-14μm之间。

2.3 片状BiOCl的光催化活性

在模拟可见光下，片状BiOCl催化剂降解染料罗丹明B（C=3 × 10－5mol/L）的反应如图3所示。在进行光照反应前，为使催化剂完全溶解在染料中，须避光处理大约60 min，使体系达到吸附平衡后在进行实验；光照后每隔10 min取样一次，8 mL左右 , 取出液离心10 min，用分光光度计对上层清液分析测定溶液的吸光度。通过用朗伯比尔定律（A=Kbc）进行计算。

图3 BiOCl和P25对染料罗丹明B（RhB）在可见光下的降解曲线Fig.3 Photodegradation of RhB dye as a function of BiOCl and P25

由图3可知，当染料RhB中未加光催化剂时，在可见光下反应一段时间后染料浓度变化不大。当加入催化剂（BiOCl）经暗处理后发现它对染料罗丹明B有较好的吸附性，同P25比较发现片状BiOCl对染料的吸附性更好；光照反应大约40 min结束，观察发现染料罗丹明B的颜色变浅，表明BiOCl降解罗丹明B效果相对较好。图中还能观察到在可见光下P25对染料的降解率可达到60 %左右。通过查阅资料发现由于 TiO2和BiOCl带隙较宽，自身都不能吸收可见光，所以认为染料罗丹明B在模拟可见光下降解效果好可归于染料敏化效应[4-5]。

3 结论

用Bi(NO)3·5H2O和HCl为原料，去离子水为溶剂，采用溶胶-凝胶法（sol-gel）制备的片状BiOCl，对该样品的XRD、SEM和光催化性能进行表征和研究，发现：该样品为BiOCl，微观形貌呈现片状，同等条件下，由于对染料敏化作用，导致BiOCl在模拟可见光下对罗丹明B的降解率比商用TiO2(P25)效果好。可能是因为特有的片状结构增大了该催化剂的比表面积，使它能更充分的接触染料。