聲化學(xué)輔助溶劑熱合成高光催化性能的BiOCl光催化劑

何洪波薛霜霜余長林＊,,2樊啟哲

(1江西理工大學(xué)冶金與化學(xué)工程學(xué)院，贛州　341000)(2福州大學(xué)能源與環(huán)境光催化國家重點實驗室，福州　350002)

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聲化學(xué)輔助溶劑熱合成高光催化性能的BiOCl光催化劑

何洪波1薛霜霜1余長林＊,1,2樊啟哲1

(1江西理工大學(xué)冶金與化學(xué)工程學(xué)院，贛州341000)
(2福州大學(xué)能源與環(huán)境光催化國家重點實驗室，福州350002)

摘要：以五水硝酸鉍和氯化鈉為原料，乙二醇(EG)和水作溶劑，通過聲化學(xué)輔助溶劑熱法合成了系列BiOCl納米晶光催化劑。應(yīng)用氮氣物理吸附、X射線粉末衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、傅里葉變換紅外光譜(FTIR)、紫外-可見(UV-Vis)漫反射(DRS)和光電流等測試手段對所制備的光催化劑進行了表征。在汞燈和氙燈照射下，以苯酚和甲基橙為水體模型污染物，系統(tǒng)考察了超聲輻射時間和醇水比(V(EG)/V(H2O))對BiOCl光催化劑性能的影響。結(jié)果表明，當(dāng)超聲輻射時間為60 min，V(EG)/V(H2O)=1/4時，合成的BiOCl表現(xiàn)出最佳的光催化活性，為常規(guī)沉淀法制備的BiOCl的3.3倍。活性提高的主要原因是，適當(dāng)時間的超聲波輻射和醇水比有利于催化劑比表面積的提高，同時可以豐富催化劑表面羥基(-OH)的數(shù)量和提高光生電子和空穴的分離效率。

關(guān)鍵詞：超聲輻射；醇水比；BiOCl；溶劑熱；污染物；光催化

國家自然科學(xué)基金資助項目(No.21567008,21263005)、江西省自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金計劃(No.20133BAB21003)、江西省教育廳高等學(xué)?？萍悸涞赜媱濏椖?No.KJLD14046);江西省青年科學(xué)家培養(yǎng)項目(No.20122BCB23015)、2015年江西省研究生創(chuàng)新專項資金項目(No. YC2015-S293)和2015江西理工大學(xué)研究生創(chuàng)新資金項目(No.XS201540)資助。

＊通信聯(lián)系人。E-mail：yuchanglinjx@163.com

在眾多環(huán)境治理技術(shù)中，半導(dǎo)體光催化技術(shù)因其具有反應(yīng)條件溫和、反應(yīng)設(shè)備簡單、二次污染小、易于操控和可利用太陽光為能源等優(yōu)點，近年來受到了人們的廣泛關(guān)注[1-4]。BiOX(X=Cl, Br, I)是一類層狀結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體，這種高度各向異性的層狀結(jié)構(gòu)有利于光生電子與空穴的分離，同時這類半導(dǎo)體的光吸收還可以通過鹵素的調(diào)控實現(xiàn)紫外到可見光的調(diào)控。其中，BiOCl的帶隙較寬(3.5 eV)，激發(fā)波長主要為紫外光[5]，但BiOCl因其安全無毒、光腐蝕少、使用壽命長等優(yōu)點，獲得了不少研究者的青睞[6-8]。

BiOCl的光催化性能與其晶體結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)等密切相關(guān)，而微觀結(jié)構(gòu)主要取決于制備方法。例如，Liu等[9]報道了具有花狀微球(FMs)的BiOCl，這種BiOCl (FMs)具有較大的比表面積和合適的帶隙能，能有效地增強BiOCl對光的吸收，因此在紫外光照下對甲基橙表現(xiàn)出優(yōu)異的降解性能。Zhang等[10]采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和檸檬酸做形貌控制劑，合成了一系列中空結(jié)構(gòu)的BiOCl光催化劑，這種中空結(jié)構(gòu)有助于催化活性的提高。Hu等[11]報道了采用水熱法合成了正方形BiOCl納米片，這種納米片在紫外光下表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化活性和良好的穩(wěn)定性。此外，采用合適的方法對BiOCl改性，也能有效拓展其可見光光響應(yīng)范圍或增強其可見光光催化效果。例如，利用g-C3N4[12]、Fe3O4[13]和Bi2S3[14]復(fù)合, Fe[15]、S[16]摻雜及Ag[17]、Pt[18]等貴金屬負載。

聲化學(xué)是一種特殊的納米材料的合成方法。它主要是利用超聲空化產(chǎn)生特殊的物理化學(xué)環(huán)境，如瞬間高壓(約100 MPa)、高溫(約5 000 K)、高強度的溫度變化速率(109K·s-1)和很強的沖擊波來強化化學(xué)鍵的斷裂、自由基的生成，實現(xiàn)半導(dǎo)體從無定型態(tài)到固定晶型的轉(zhuǎn)變。這種獨特的環(huán)境有利于合成特殊結(jié)構(gòu)的納米光催化劑[19-21]。本論文采用超聲輔助溶劑熱法制備系列BiOCl光催化劑?？疾炝顺曒椛鋾r間和反應(yīng)介質(zhì)(醇水比)對BiOCl的結(jié)構(gòu)和光催化性能的影響。研究表明，當(dāng)超聲時間為60 min，VEG/ VH2O=1/4時，合成的BiOCl對苯酚和甲基橙具有極高的光催化降解能力。

1　實驗部分

1.1催化劑的制備

本實驗所采用的藥品均為分析純試劑，由上海國藥集團提供。采用聲化學(xué)輔助溶劑熱法合成BiOCl，具體方法如下：5 mmol Bi(NO3)3·5H2O溶解在一定比例的EG和去離子水溶液中制成A溶液；5 mmol NaCl溶解在20 mL去離子水得到B溶液。在磁力攪拌器強烈攪拌下，把B溶液滴加至A溶液中，然后利用VOSHIN-501D超聲波信號發(fā)生器連接Φ10變幅桿(選擇超聲功率為10%，超聲2 s，間隔5 s)超聲反應(yīng)相應(yīng)的時間。超聲輻射完成后，將反應(yīng)后的懸浮液體轉(zhuǎn)入高壓釜中，于140℃處理14 h，自然冷卻后用無水乙醇與去離子水交替洗滌3次，在80℃下烘干5 h，得到BiOCl樣品。為了考察超聲輻射時間和反應(yīng)介質(zhì)對BiOCl的結(jié)構(gòu)和性能的影響，首先固定VEG/VH2O(β)為2/3，溶劑的總體積為50 mL，改變超聲時間α(min)，制備不同時間的超聲輻射下的BiOCl樣品；然后固定超聲時間α，改變β，制備不同醇水比下的BiOCl樣品。根據(jù)參數(shù)α和β，所得的樣品記為α(β)-BiOCl。

1.2催化劑的表征

樣品的比表面積在ASAP2020進行N2-物理吸附上測定，測試前在110℃下脫氣1 h，然后在液氮溫度下進行吸附-脫附，結(jié)合BET方程計算樣品的比表面積。樣品的晶相和結(jié)晶度采用Bruker-D8-Advance X射線衍射儀對樣品進行分析(Cu Kα，λ= 0.154 18 nm)進行測試，測試電壓為40 kV，電流為40 mA。利用UV-2550型(日本島津)紫外-可見漫反射分光光度計測定樣品的吸收光譜，用BaSO4作為參比，掃描范圍為200～800 nm。樣品的傅里葉變換紅外光譜在德國布魯克公司ALPHA型紅外光譜儀上進行測試，分辨率為4 cm-1。樣品的整體形貌采用MLA650F型掃描電子顯微鏡(SEM，美國FEL公司)進行觀察。光電流測試采用CHI660D電化學(xué)工作站進行分析，以石墨電極、標準甘汞電極和樣品作為對電極、參考電極和工作電極，以0.5 mol·L-1硫酸鈉溶液作為電解液。工作電極的制備是將0.01 g催化劑分散到0.1 mL無水乙醇中，超聲分散30 min，然后取20 μL懸浮液滴在FTO玻璃上。采用500 W氙燈作為可見光光源測試樣品光電流。

1.3催化劑的評價

BiOCl的光催化性能通過紫外光降解苯酚溶液和模擬太陽光降解甲基橙溶液來評價。紫外光源選用300 W汞燈，光催化反應(yīng)器為南京胥江機電廠生產(chǎn)的XPA系列光催化反應(yīng)器。將0.03 g催化劑分散在50 mL濃度為20 mg·L-1的苯酚溶液中，于暗處磁力攪拌40 min以達催化劑與苯酚溶液的吸附-脫附平衡。然后打開光源進行照射，每間隔15 min取一次樣(2～3 mL)，樣液經(jīng)高速離心分離后，上層清液用UV-6300型紫外-可見分光光度測試苯酚溶液的吸光度，其最大吸收波長λ=268 nm。模擬太陽光光源催化降解時，將0.05 g催化劑分散于80 mL甲基橙(20 mg·L-1)中，暗處磁力攪拌40 min以達到甲基橙溶液與催化劑的吸附-脫附平衡。通入循環(huán)水冷卻，打開500 W氙燈光源后開始計時，每間隔15 min取一次樣(2～3 mL)，樣液經(jīng)高速離心分離后，上層清液采用同型號的紫外-可見分光光度計測試其吸光度，甲基橙最大吸收波長λ=460 nm。通過測定吸光度的變化來計算苯酚溶液和甲基橙溶液的降解率。即降解率D=(C0-Ct)/C0×100%=(A0-At)/A0× 100 %，式中C0為初始溶液中目標物的濃度，Ct為反應(yīng)時間為t時目標物的濃度, A0為初始溶液的吸光度，At為反應(yīng)時間為t時溶液的吸光度。

2結(jié)果與討論

2.1 XRD和BET比表面積分析

圖1為不同超聲輻射時間和不同VEG/VH2O時合成的BiOCl樣品的XRD圖。從圖中可以看出，不同條件下制備的BiOCl具有大致相同的衍射峰。在衍射角2θ=24.42°，26.1°，32.5°，33.6°，41.0°，46.8°，49.9°，54.3°，58.9°處出現(xiàn)了強的特征衍射峰，分別對應(yīng)于六方晶系的BiOCl (002)，(011)，(110)，(012)，(112)，(020)，(113)，(121)，(122)晶面(JCPDS No. 73-2060)，空間群為P4/nmm。從圖1(a)可知，在維持VEG/VH2O=2/3，改變超聲輻射時間(0～75 min)，樣品表現(xiàn)出相似的衍射峰，表明超聲輻射時間對BiOCl的晶相結(jié)構(gòu)影響不大。圖1(b)為選取超聲輻射時間為60 min，改變反應(yīng)溶劑VEG/VH2O(0～3/2)合成的BiOCl樣品衍射圖。比較圖1(b)的衍射曲線可知，當(dāng)溶劑中不加入EG時，BiOCl在衍射角2θ=33.6°處出現(xiàn)最強特征衍射峰，說明其具有較好的(012)晶面；隨著溶劑中EG的含量增大，衍射角2θ=33.6°處的特征衍射峰減弱，而衍射角2θ=32.5°處的特征衍射峰增強。說明在水溶液的環(huán)境下，有益于(012)晶面的生長，而在EG溶液的環(huán)境下，有益于(110)晶面的生長。

圖1　不同超聲輻射時間(a)和不同VEG/VH2O(b)合成的BiOCl樣品的XRD圖Fig.1 XRD patterns of the BiOCl samples prepared in different ultrason irradiation time(a) and with various ratios of EG and H2O(b)

根據(jù)Scherrer公式L=0.89λ/(Bcosθ)選取XRD圖中(012)晶面的衍射峰的半峰寬，計算各樣品的晶粒尺寸,式中L為平均晶粒尺寸，λ為X射線波長，B為半峰寬，θ為入射角。所得結(jié)果列于表1。從表1中可見，超聲輻射時間對BiOCl平均晶粒尺寸影響不是很大。但是EG的影響卻很大，其中60 (0∶5)-BiOCl的平均晶粒尺寸最大(67.85 nm)，而60(1∶4)-BiOCl的平均晶粒尺寸僅為37.49 nm，說明加入少量的EG有利于抑制BiOCl晶粒的長大。

對所制備的樣品進行N2-物理吸附測試，利用BET方程式計算各樣品的比表面積，結(jié)果列于表1?？梢钥闯觯珽G的濃度對樣品的比表面積起決定性作用，少量EG的存在(VEG/VH2O=1/4)明顯增大BiOCl的比表面積，且隨著EG的濃度的增大，樣品的比表面積單調(diào)遞增；超聲時間對比表面積的影響總體不是很大，隨著超聲時間的增加，比表面積表現(xiàn)出先增大后減少的趨勢，在超聲時間為45 min時，比表面積最大。

表1　樣品的比表面積和晶粒尺寸Table1　Specific surface area and crystals size of the samples

2.2樣品的掃描電鏡(SEM)分析

圖2為不同條件下制備的典型BiOCl樣品的掃描電鏡照片。(a)、(b)、(c)和(d)分別是0(2∶3)-BiOCl、60 (2∶3)-BiOCl、60(0∶5)-BiOCl、60(1∶4)-BiOCl的SEM照片。從圖2(a)和圖2(b)可以看出以，當(dāng)溶劑VEG/VH2O= 2/3時，所合成的BiOCl樣品是由厚度為25～30 nm的片狀粒子所組成，樣品分散性較好，且超聲輻射后樣品的整體形貌并未發(fā)現(xiàn)明顯變化。從圖2(c)中可以看出，當(dāng)溶劑中未添加EG時，制備的BiOCl為邊角光滑谷粒狀顆粒，顆粒直徑明顯大于其它添加了EG制備的樣品，這是其比表面積極小的原因所在，也和前面的XRD和BET測試結(jié)果相吻合。因此EG的存在可以抑制BiOCl晶體的長大，并提高其比表面積。圖2(d)表明，當(dāng)VEG/VH2O=1/4，超聲輻射時間為60 min，制備的60(1∶4)-BiOCl的整體形貌更規(guī)整，由大量分散均勻的納米四方或長方體所組成。

圖2　不同超聲輻射時間和不同VEG/VH2O合成的BiOCl樣品的SEM照片F(xiàn)ig.2 SEM images of BiOCl samples prepared in different ultrasonic irradiation time and with various ratios of EG and H2O

2.3紅外光譜(FTIR)分析

利用紅外光譜分析樣品表面性質(zhì)。圖3為各樣品的FTIR譜圖。對比該圖中所有樣品的紅外光譜圖，可見當(dāng)溶劑中未添加EG時，超聲合成的60(0∶5) -BiOCl在3 500 cm-1附近僅出現(xiàn)一微弱吸收峰，而其它樣品在此處對應(yīng)的吸收峰更強。這個吸收峰為BiOCl表面羥基(-OH)的特征伸縮振動峰。可見當(dāng)反應(yīng)溶劑中存在EG時有利于豐富BiOCl的表面羥基數(shù)量。所有樣品在1 640 cm-1附近的吸收峰為吸附游離水的H-O-H彎曲振動峰；所有樣品在500 cm-1附近出現(xiàn)Bi-O特征吸收峰，且峰型較為尖銳。經(jīng)比對可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)固定VEG/VH2O=2/3，改變超聲輻射時間時，超聲時間延長，羥基(-OH)的特征吸收峰強度略有增強；而固定超聲輻射時間為60 min，VEG/VH2O越大，羥基(-OH)的特征吸收峰增強越明顯。在光催化反應(yīng)中，催化劑的表面羥基是羥基自由基(·OH)的重要來源，而羥基自由基是氧化降解有機分子的重要活性物質(zhì)，由此可見，超聲和添加乙二醇做溶劑是有利于提高BiOCl光催化活性的。比較在500 cm-1附近出現(xiàn)的Bi-O特征吸收峰(圖3(a))，還可以看出，在相同溶劑的條件下，超聲時間為60min制備的BiOCl的Bi-O特征吸收峰最強；圖3(b)則顯示相同超聲時間的條件下，溶劑VEG/VH2O=1/4所制備的BiOCl的Bi-O特征吸收峰最強，說明在此條件下，生成的Bi-O鍵最強，這可能來自于BiOCl結(jié)晶度的提高。

圖3　不同超聲輻射時間(a)和不同VEG/VH2O(b)合成的BiOCl樣品的FTIR譜圖Fig.3 FTIR infrared spectra of the BiOCl samples prepared in different ultrasonic irradiation time(a) and various ratios of EG and H2O(b)

2.4紫外可見漫反射光譜(UV-Vis DRS)分析

利用紫外-可見漫反射吸收光譜測試所制備樣品對不同波長的光吸收情況。圖4 (a)為固定VEG/ VH2O=2/3的條件下，不同超聲時間下制備的樣品的吸收光譜。由該圖可見，BiOCl的吸收邊在365 nm左右，超聲輻射后，BiOCl的整體吸收略有不同程度的加強，且60(2∶3)-BiOCl在紫外區(qū)和可見光區(qū)的吸收最強，這可能得益于其特殊的形貌和晶面結(jié)構(gòu)。

圖4　不同超聲輻照時間(a)和不同VEG/VH2O比(b)合成的BiOCl樣品的UV-Vis DRS譜圖Fig.4 UV-Vis spectra of the BiOCl samples prepared in different ultrason irradiation time(a) and with various ratios of EG and H2O(b)

圖4(b)為固定超聲輻射時間為60 min，不同VEG/VH2O下制備的樣品的吸收光譜。以水為溶劑制備的BiOCl在可見光區(qū)幾乎沒什么吸收。在固定超聲輻射時間為60 min的條件下，隨著溶劑中EG濃度的增大，合成的BiOCl在可見光區(qū)的吸收逐漸增強。

2.5光電流分析

光電流可以間接的反映半導(dǎo)體材料在光照條件下，光生電子和空穴的復(fù)合情況，圖5為典型樣品的光電流測試Ipht曲線。光照開始后光電流密度由Iph(max)快速衰減為Iph(ss)，其主要原因是由于光生電子-空穴對在催化劑界面發(fā)生的表面復(fù)合。因此，可用表觀表面復(fù)合幾率(SPR)表示光生電子和空穴在催化劑表面復(fù)合的情況[22]：

根據(jù)式(1)和Iph-t曲線得出的Iph(ss)及Iph(max)數(shù)據(jù)可以確定催化劑的表觀復(fù)合幾率，具體列于表2?？梢钥闯觯诔晻r間同為60 min的條件下，水熱法制備的BiOCl的表觀SPR是25.9%，而VEG/VH2O=1/4時溶劑熱法制備的BiOCl的表觀SPR僅為9.27%。因此，可以推測，與60(0∶5)-BiOCl相比，60(1∶4)-BiOCl對遷移至催化劑表層的光生電子和空穴的有效利用率提高了約65%。同理，60(1∶4)-BiOCl對表層光生電子和空穴的有效利用率也高于60(2∶3)-BiOCl。

圖5　典型BiOCl光催化劑的暫態(tài)光電流密度響應(yīng)Fig.5 Transient photocurrent density responses of 60(0∶5) -BiOCl, 60(1∶4)-BiOCl and 60(2∶3)-BiOCl

表2　典型BiOCl的峰值光電流密度(Iph(max)),暫態(tài)光電流密度(Iph(ss))及載流子表面復(fù)合幾率Table2　Values of peak photocurrent densities (Iph(max)) and transient photocurrent densities (Iph(ss)), and apparent surface-recombination probability of BiOCl

2.6光催化性能測試

不同條件下制備的BiOCl的光催化性能首先通過降解苯酚來評價。圖6(a)為固定VEG/VH2O=2/3的條件下，不同超聲輻射時間所制備的BiOCl在紫外光照射下苯酚的濃度C/C0對光照時間的關(guān)系曲線。從圖6(c)苯酚降解率的柱狀圖可以看出，紫外光照射75 min時，60 (2∶3)-BiOCl對苯酚的降解率達到85.8 %。可見在固定VEG/VH2O=2/3的條件下，超聲輻射60 min下合成的BiOCl光催化性能最好。圖6(b)為固定超聲輻射時間為60 min，不同VEG/VH2O下制備的樣品在紫外光照射下苯酚的濃度C/C0對光照時間的關(guān)系曲線。圖6(c)表明，紫外光照射75 min時，60(0∶5)-BiOCl對苯酚的降解率為51.4%，而60(1∶4)-BiOCl基本上可以實現(xiàn)苯酚的完全降解，降解率接近100%。溶劑VEG/VH2O的逐漸增大，BiOCl對苯酚的降解率逐漸降低，可見醇水比對BiOCl的活性影響非常大。圖6(d)為60(1∶4)-BiOCl對苯酚降解過程中，苯酚的紫外可見吸收光譜變化圖。

為了進一步比較聲化學(xué)輔助溶劑熱合成BiOCl的光催化性能，我們同時采用常規(guī)沉淀法制備了BiOCl，并比較了兩者在模擬太陽光(氙燈)下降解染料甲基橙的光催化性能。圖7(a)為60(1∶4)-BiOCl和沉淀法制備的BiOCl在氙燈光照下，甲基橙的濃度C/C0對光照時間的關(guān)系曲線。

該圖表明，氙燈照射90 min時，沉淀法制備BiOCl對甲基橙的降解率約為60%，而60 (1∶4)-BiOCl對甲基橙的降解率高達95%。圖7(b)為60(1∶4)-BiOCl和沉淀法制備的BiOCl對甲基橙光催化降解的反應(yīng)動力學(xué)模擬曲線，由圖可求得60 (1∶4)-BiOCl的反應(yīng)速率常數(shù)(0.031 7 min-1)為常規(guī)沉淀法制備BiOCl的速率常數(shù)(0.009 5 min-1)的3.3倍。可見采用超聲輔助溶劑熱法合成的BiOCl能有效提高太陽光照下的光催化活性。

結(jié)合前面的表征，我們分析了60(1∶4)-BiOCl表現(xiàn)出優(yōu)異光催化性能的主要原因有以下幾點：首先，XRD和比表面積測試表明，維持適當(dāng)?shù)腣EG/VH2O和超聲輻射時間有利于增大催化劑的比表面積和縮小BiOCl平均晶粒粒徑，這樣光生電子遷移到催化劑表面所需的時間更短，也能夠有效地抑制光生電子和空穴的復(fù)合；其次，F(xiàn)TIR譜圖表明，60(1∶4)-BiOCl具有豐富的表面羥基(-OH)以及較高的結(jié)晶度，有利于生成更多的活性物質(zhì)，提高光催化效率；同時紫外可見吸收光譜測試表明，60(1∶4)-BiOCl在紫外可見光譜區(qū)具有較強的吸收；最后，光電流測試的SPR間接表明，60(1∶4)-BiOCl光生電子空穴對重組的幾率小，電子和空穴的壽命長，光生電子和空穴的有效利用率高。

圖6　不同條件制備的BiOCl在紫外光照射下降解苯酚光催化性能Fig.6 UV-photocatalytic performance of BiOCl prepared under different condition in degradation of phenol: (a) BiOCl prepared in different ultrasound irradiation time (VEG/VH2O=2/3); (b) BiOCl prepared with different ratios of EG and H2O under ultrasound irradiation for 75 min; (c) Degradation rates of phenol over different BiOCl samples; (d) UV-Vis absorption spectra of phenol in different reaction time in the presence of 60(1∶4)-BiOCl

圖7　氙燈照射下60(1∶4)-BiOCl和BiOCl(沉淀法)降解甲基橙光催化活性比較Fig.7 Photocatalytic performance comparison of 60(1∶4)-BiOCl and BiOCl (prepared by traditional precipitation method) in degradation of methyl orange (MO) under xenon lamp irradiation: (a) Degradation profiles of MO over the 60(1∶4)-BiOCl and BiOCl (prepared by traditional precipitation method); (b) Reaction kinetics of degradation of the MO over the 60(1∶4) -BiOCl and BiOCl(prepared by traditional precipitation method)

3結(jié)　論

通過聲化學(xué)輔助溶劑熱法合成了系列BiOCl光催化劑，系統(tǒng)考察了超聲輻射時間和醇水比(VEG/ VH2O)對BiOCl結(jié)構(gòu)和光催化性能的影響。結(jié)果表明，當(dāng)超聲輻射時間為60 min，VEG/VH2O=1/4時合成的60(1∶4)-BiOCl對苯酚和甲基橙表現(xiàn)出最佳的光催化活性。紫外光照射75 min時，對苯酚的降解率接近100%；氙燈照射90 min時，對甲基橙的降解率達到95%，為常規(guī)沉淀法制備的BiOCl活性的3.3倍。光催化活性的提高得益于聲化學(xué)輔助溶劑熱法合成的BiOCl具有豐富的表面羥基(-OH)、較小的晶粒尺寸、較大的比表面積以及較高的光生電子和空穴的分離效率。

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Sonochemistry Assisted Solvothermal Preparation of BiOCl Photocatalyst with High Photocatalytic Performance

HE Hong-Bo1XUE Shuang-Shuang1YU Chang-Lin＊,1,2FAN Qi-Zhe1
(1School of Metallurgy and Chemical Engineering, Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou, Jiangxi 341000, China) (2State Key Laboratory of Photocatalysis on Energy and Environment, Fuzhou University, Fuzhou 350002, China)

Abstract:Using Bi(NO3)3·5H2O and NaCl as precursors, ethylene glycol and water as solvent, BiOCl photocatalysts were synthesized by sonochemistry assisted hydrothermal or solvothermal method. The as-synthesized products were characterized by N2physical adsorption，X-ray diffraction, scanning electron microscopy, Fourier translation infrared spectroscopy (FTIR)，UV-Vis diffuse reflectance spectroscopy (DRS) and photoelectrochemical measurements. With phenol and methyl orange as the model degradation pollutants and mercury lamp and xenon lamp as light source, the effects of ultrason irradiation time and the V(EG)/V(H2O)on photocatalyst performance of the BiOCl were studied. Results indicated that BiOCl synthesized under ultrason irradiation time for 60 min and with V(EG)/V(H2O)of 1/4 showed the excellent photocatalytic activity. With respect to BiOCl synthesized by traditional precipitation, 3.3 times increase over the ultrason fabricated BiOCl were obtained. The main reasons for the enhanced activity could be that the ultrason irradiation with appropriate time and suitable V(EG)/V(H2O)might benefit the increase in surface area and surface -OH groups, and the decrease in crystal size. Moreover, a high separation efficiency of photogenerated electrons (e-) and hole (h+) was observed over the ultrason fabricated BiOCl.

Keywords:ultrason irradiation; ratio of ethylene glycol and water; BiOCl; solvothermal; pollutants; photocatalysis

收稿日期：2015-12-02。收修改稿日期：2016-03-03。

DOI：10.11862/CJIC.2016.091

中圖分類號：TQ426.6

文獻標識碼：A

文章編號：1001-4861(2016)04-0625-08