BiOCI薄膜的低溫制備及其光催化性能.pdf

1、BiOX(X=Cl，Br，I)是一系列間接帶隙半導(dǎo)體材料，由[Bi2O2]層與鹵原子層交錯(cuò)形成層狀四方氟氯鉛礦(PbFCl)結(jié)構(gòu)，為一類新型的光催化材料。BiOX有許多優(yōu)點(diǎn)，如光催化活性好，性能穩(wěn)定，所得產(chǎn)品比表面積較大，光催化水處理過(guò)程用量少、毒性小，與有機(jī)基體的相容性較好，可吸收太陽(yáng)光等。因此，近年來(lái)BiOX吸引了研究者們的廣泛關(guān)注。為了解決粉末催化劑固液分離難、回收利用難和實(shí)際應(yīng)用難等問(wèn)題，本文采用簡(jiǎn)單、實(shí)用、能耗低的固定化方法合

2、成了BiOCl薄膜光催化劑，并考察了制備過(guò)程參數(shù)對(duì)薄膜光催化劑活性的影響，期望為光催化降解水中有機(jī)污染物技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
　　 分別采用醇解-涂覆法和電化學(xué)方法在低溫條件下制備了BiOCl薄膜光催化劑，通過(guò)X-射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、X-射線能譜分析(EDS)、X-射線光電子能譜(XPS)及紫外-可見漫反射光譜(UV-vis DRS)等手段對(duì)薄膜的性質(zhì)和形貌進(jìn)行了表征；并以甲基橙為目標(biāo)降解物，用

3、紫外燈為光源，研究了制備條件對(duì)薄膜光催化活性的影響，得到如下研究結(jié)果：
　　 一、花球狀BiOCl薄膜的醇解一涂覆法制備和光催化性能
　　 1.采用醇解-涂覆法制得了花球狀BiOCl薄膜光催化劑，所制備的樣品呈四方相晶體結(jié)構(gòu)，無(wú)其他雜質(zhì)為BiOCl純相，表面呈現(xiàn)由納米薄片組裝而成的花球狀微觀結(jié)構(gòu)，樣品由Bi、O及Cl三種元素構(gòu)成，且元素組成比例與BiOCl的化學(xué)計(jì)量比相似，樣品對(duì)紫外光有良好的吸收，該制備過(guò)程簡(jiǎn)單且無(wú)需高

4、溫焙燒。
　　 2.以甲基橙為目標(biāo)降解物，在紫外光照射下考察了薄膜的光催化活性和穩(wěn)定性。當(dāng)醇解溫度為60℃，采用乙二醇為溶劑，未經(jīng)高溫焙燒時(shí)制得的BiOCl薄膜催化劑具有最佳光催化活性，150 min內(nèi)對(duì)甲基橙的光催化降解率可達(dá)97％，重復(fù)使用4次之后，降解率仍大于94%，使用前后樣品的XRD譜圖也未發(fā)生明顯改變，說(shuō)明所制BiOCl薄膜光催化劑在紫外光下具有良好且穩(wěn)定的光催化活性。
　　 3.通過(guò)對(duì)形成機(jī)理的簡(jiǎn)單推測(cè)，我

5、們認(rèn)為乙二醇溶劑可能有助于花球狀結(jié)構(gòu)的形成。通過(guò)考察外加捕獲劑對(duì)BiOCl薄膜光催化活性的影響，得到在光催化降解甲基橙過(guò)程中，空穴(h+)可能起到關(guān)鍵作用。
　　 二、BiOCl薄膜的室溫電化學(xué)法制備及其光催化性能
　　 1.在室溫條件下，先后通過(guò)陰極電沉積和陽(yáng)極氧化法在Ti基體上制得了BiOCl薄膜；所制薄膜由四方相BiOCl構(gòu)成，呈現(xiàn)交錯(cuò)的片狀結(jié)構(gòu)，對(duì)紫外光有良好的吸收；樣品由Bi、O及Cl三種元素構(gòu)成，且元素組成比

6、例與BiOCl的化學(xué)計(jì)量比相似。
　　 2.不同的氧化電壓和氧化時(shí)間對(duì)BiOCl的晶格取向、形貌、光催化活性和穩(wěn)定性都有一定的影響。當(dāng)氧化電壓為2.0 V，氧化時(shí)間為60 min時(shí)，所制薄膜具有最佳光催化活性，此時(shí)薄膜的晶相結(jié)構(gòu)有明顯的110取向，呈現(xiàn)均勻整齊的片狀結(jié)構(gòu)；150 min內(nèi)對(duì)甲基橙的降解率可達(dá)98%，且制成的薄膜不易脫落。
　　 3.通過(guò)對(duì)降解過(guò)程中甲基橙溶液的紫外-可見全波掃描曲線的測(cè)定以及光解、吸附和光