微波輔助合成BiOCl及其光催化性能

趙亞麗，張瀠元，陳迪勇，張 穎，宋光林，高 亮，成國坤

（貴州省分析測試研究院，貴州 貴陽 550002）

0 前言

近年來，由于工業的快速發展，大量有毒有害的有機污染物進入到大氣、土壤和水中，對生態平衡造成了難以評估的損失[1]，半導體光催化技術利用太陽能處理有機污染物，具有低成本、無污染的優點，得到了廣泛的關注[2]。

BiOCl作為被深入研究的光催化材料，由于擁有獨特的層狀結構，在內電場之間可以形成帶正電的[Bi2O2]2+層和負電的Cl-層，提高了光生電子空穴的分離效率，因此具有優良的光催化性能[3-5]。

在眾多合成光催化劑的方法中，微波輔助合成法有著操作簡單、合成迅速、耗能更低、反應均勻等優點，而不同的溶劑也將影響催化劑的結構，進而影響催化劑的催化性能[6]。

本文采用輔助合成法，分別使用甘露醇、乙二醇、醋酸和蒸餾水為溶劑合成了BiOCl催化劑，在可見光下光催化降解RhB，表明以甘露醇為溶劑，微波反應10 min，得到的催化劑具有最好的光催化性能。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

實驗試劑：Bi（NO3）3·5H2O、甘露醇、乙二醇、醋酸、無水乙醇、十六烷基三甲基氯化銨（CTAC），均為分析純，天津市科密歐化學試劑有限公司；二次蒸餾水。

實驗儀器：HP8453型紫外分光光度計，日本島津公司；KQ3200DE型數控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司。

1.2 催化劑的制備

稱取 4 mmoL 五水合硝酸鉍 （Bi （NO3）3·5H2O）超聲溶解于20 mL甘露醇中，然后稱取4 mmoL CTAC，并將其溶解在20 mL蒸餾水中，待完全溶解后，將Bi（NO3）3溶液緩慢地滴入上述混合液中，劇烈攪拌30 min，然后置于微波反應器中，在200 W條件下反應10 min，反應結束后冷卻，用蒸餾水和無水乙醇洗滌5次，放入真空干燥箱中于80℃下干燥5 h。用同樣的方法，分別制備微波反應 0 min、5 min、10 min、15 min 的BiOCl催化劑，另外以不同溶劑（水、甘露醇、乙二醇、醋酸）在200 W條件下微波反應10 min，制備不同催化劑。

1.3 光催化活性測試

所制備樣品的光催化活性通過降解RhB溶液進行測量，稱取0.2 g催化劑，放入200 mL RhB（10 mg/L）溶液中，在暗處攪拌30 min以達到吸附-脫附平衡，然后放入300 W的氙燈下進行照射，每5 min抽取4 mL樣品，離心取其上清液，在波長為554 nm處使用紫外-可見分光光度計測量其吸光度。

1.4 催化效果計算

RhB溶液紫外-可見吸收光譜圖如圖1所示，從圖1中可以得出其最大吸收波長為554 nm。

圖1 RhB溶液紫外-可見吸收光譜圖

通過用紫外-可見分光光度計測量在波長為554 nm處[7]，不同降解時間的溶液的吸光度，進一步推出溶液中RhB濃度的變化來求出降解率，其公式如下：

2 結果與討論

圖2為在可見光照射下，不同溶劑對羅丹明B的光催化降解曲線。

由圖2可以看出，不同溶劑合成的BiOCl展現了不同的光催化性能，其中以甘露醇為溶劑合成的BiOCl表現出優良的吸附性能，并且光催化降解羅丹明B性能也最好，在20 min時，降解效率已達99.5%，而以乙二醇為溶劑得到的催化劑降解效果最差，60 min時才可以降解91.4%的羅丹明B，這是因為以甘露醇為溶劑制備的BiOCl具有較大的比表面積，分子間有較大的間隙，可以提高其吸附性能，進而提高其光催化性能。

圖2 不同溶劑制得的BiOCl光催化劑對羅丹明B降解效果

圖3不同微波反應時間制得的BiOCl光催化劑對羅丹明B降解效果

圖3 為在可見光照射下，不同微波反應時間制得的光催化劑對羅丹明B的光催化降解曲線。

可以看出，不同的微波反應時間對BiOCl光催化劑光催化效果有著不同的影響，在微波反應時間為10 min時，降解效果最好；在25 min時，就可以降解99.1%的羅丹明B，其光催化降解效果依次為：10 min＞5 min＞15 min＞無微波反應，產生這一結果的原因可能是微波反應10 min時，晶體結晶度比較高，晶體的晶格缺陷較少，從而大大降低了電子-空穴電子對的復合幾率，使光催化性能得到大大的提高。而不進行微波反應制備的BiOCl光催化劑，由于反應較慢，生成的BiOCl量不多，所以在降解時，沒能表現出較好的光催化效果。

3 結論

采用微波輔助合成法方便、快速地合成了不同溶劑及微波反應時間的BiOCl催化劑，在可見光照射下，對羅丹明B展現了較高的光催化活性，其中以甘露醇為溶劑，微波反應10 min所制得的催化劑，有著較強的吸附性能，展現出了最好的光催化活性，20 min就可以將羅丹明B完全降解，有著很好的應用前景。