BiOCl薄膜的原位合成及其光催化性能研究.pdf

1、BiOCl光催化劑因其獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)和電子躍遷模式，在水中染料降解方面表現(xiàn)出了較好的光催化活性，被認(rèn)為是21世紀(jì)最具應(yīng)用前景的光催化材料之一。但粉末催化劑在使用過程中表現(xiàn)出易團(tuán)聚、回收再利用困難、運(yùn)行費(fèi)用高等問題，因此將粉末BiOCl催化劑固定化成為了該領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。其中原位合成是一種直接在金屬鉍基表面生成BiOCl薄膜的制備方法，所制薄膜和基底有良好的相容性，最重要的是生長(zhǎng)在金屬鉍基表面的薄膜與基底是以化學(xué)鍵連接，不易脫落；并且整個(gè)

2、薄膜制備過程不需高溫高壓，具有反應(yīng)條件溫和、操作簡(jiǎn)單、易控制、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，故BiOCl薄膜光催化劑的原位合成方法越來越受到研究者們的關(guān)注。
　　為此，本文以金屬Bi板為基底，以原位合成BiOCl薄膜為目的，通過氧化還原法和電化學(xué)法制得了不同形貌的BiOCl薄膜光催化劑，并對(duì)其形成機(jī)理、物化性質(zhì)以及光催化性能進(jìn)行了考察，為該光催化劑的應(yīng)用和發(fā)展提供了一定的借鑒和指導(dǎo)。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　1. NaClO氧化還原法合成B

3、iOCl薄膜及其光催化性能
　　以NaClO為氯源，直接在金屬Bi板上原位合成了四方晶相的BiOCl薄膜光催化劑，并對(duì)其組成結(jié)構(gòu)、形貌特征以及光催化活性進(jìn)行了考察，從中發(fā)現(xiàn)所制薄膜是由超薄納米片組裝而成的“毛線團(tuán)”微球結(jié)構(gòu)，在模擬太陽光照射下具有較好的光催化活性和穩(wěn)定性。模擬太陽光下照射210 min，98.2％的羅丹明B得到降解，經(jīng)四次循環(huán)降解后降解率仍可維持在91.6%。經(jīng)研究BiOCl薄膜的形成機(jī)理，我們發(fā)現(xiàn)乙二醇和NaCl

4、O的氧化還原反應(yīng)可以將Cl-緩慢釋放，正是該緩慢釋放的Cl-對(duì)直接在金屬Bi板上合成不易脫落的BiOCl薄膜光催化劑發(fā)揮了重要作用。
　　2.FeCl3氧化還原法合成BiOCl薄膜及其光催化性能
　　以三氯化鐵（FeCl3）為溶劑和氯源，在室溫條件下，以金屬鉍板為鉍源原位合成了BiOCl薄膜光催化劑，并對(duì)其組成結(jié)構(gòu)、形貌特征以及光催化活性進(jìn)行了考察，從中發(fā)現(xiàn)所制薄膜為四方晶相BiOCl，表面光滑完整，同時(shí)由高倍SEM發(fā)現(xiàn)該薄

5、膜是由0.1-3μm薄而大的片狀結(jié)構(gòu)組成。所制薄膜在模擬太陽光照射下具有良好的光催化活性和穩(wěn)定性。模擬太陽光照射180 min后，羅丹明B的降解率達(dá)到97.5%，經(jīng)五次循環(huán)后對(duì)羅丹明B的降解率仍保持在96%以上。此外通過捕獲劑實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)BiOCl薄膜在光催化降解羅丹明B時(shí)，·O2-和h+是主要活性物種，且·O2-作用更大。
　　3.電化學(xué)法合成BiOCl薄膜及其光催化性能
　　以NaClO為電解質(zhì)溶液，金屬Bi板為陽極材料，石

6、墨為陰極材料，利用電化學(xué)法在Bi板上原位合成了BiOCl薄膜，并對(duì)其組成結(jié)構(gòu)和形貌特征進(jìn)行表征，結(jié)果表明所制薄膜為組分單一的BiOCl催化劑且其表面形貌為均勻的片狀結(jié)構(gòu)。通過制備條件優(yōu)化發(fā)現(xiàn)當(dāng)NaClO用量為0.095 mol、電解電流為0.05 A、EDTA添加量為2 mmol且不改變?nèi)芤簆H（pH=7.5）時(shí)所制薄膜的催化活性最佳，經(jīng)模擬太陽光照射150 min后，磺胺甲惡唑（SMZ）的降解率達(dá)到89.8%，經(jīng)五次循環(huán)使用后對(duì)SMZ