BiOCl光催化剂的制备及其催化性能

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文章用水热法制备了BiOCl 、Sn 3O 4以及复合物BiOCl/Sn 3O 4。

用各种现代化表征手段对样品测量。

以甲基橙溶液作为评估标准进行性能测试。

结果显示，与纯BiOCl 相比，复合物的性质更好。

性质较好有以下原因：(1)球状结构增加了催化剂对光的利用。

(2)Sn 3O 4与BiOCl 形成的p-n 结有效地促进了活性物质的分离，产品在干燥箱中80℃干燥5h 。

1.2 合成BiOCl/Sn 3O 4复合材料的结构
合成BiOCl/Sn 3O 4复合材料，1mol Bi(NO 3)3·5(H 2O)和1mol KCl 各自溶解在7.5mL 去离子水中。

把上述2.1中提到的A 和B 溶液依次置入KCl 烧杯中形成C 。

将溶液C 加入到Bi(NO 3)·5(H 2O)溶液中形成
BiOCl光催化剂的制备及其催化性能
哈尔滨师范大学 张燕祥
加速了活性物质的迁移。

现阶段合成染料造成的水混杂污浊是被重视的一大问题。

光催化可以有效解决该问题。

光催化被层出不穷的研究源自于1972发现的现象。

BiOX(X=Cl ，Br ，I)是催化材料重要组成部分，因其具有光学稳定、无毒和耐腐蚀等优势被研究。

但是，由于宽带隙、有限的光吸收和光生载流子的快速复合，BiOCl 的光活性仍然不够高。

提高其光催化活性的方法有很多。

如离子掺杂、异质结的构建、晶体工程等。

例如在BiVO 4/BiOCl 、C 3N 4/BiOCl 以及BiPO 4/BiOCl 等材料中，通过构建p-n 结提高了BiOCl 的性能。

本文建构了p-n 结使BiOCl 的性能得以提升。

1 实验部分
1.1 合成Sn 3O 4
Sn 3O 4通过简单的水热反应合成。

将4.0mol SnCl 2·2H 2O 和10mol Na 3C 6H 5O 7·2H 2O 溶解在10mL 去离子水中，搅拌5 min ，形成均匀透明的溶液A 。

同时将2mol NaOH 溶解在10 mL 去离子水中，作为溶液B 。

把B 加入A 中，形成白色悬浮液，倒入50mL 反应釜里，180℃加热12h 。

离心分离悬浮液，加入无水乙醇和蒸馏水多次冲洗，除去杂质离子。

处理后，
图1 Sn 3O 4、BiOCl 与BiOCl/Sn 3O 4的X 射线衍射图谱
(XRD)
图2 Sn 3O 4与BiOCl/Sn 3O 4的扫描电镜图谱(SEM)以及BiOCl/Sn 3O 4的透射电镜图谱(TEM)
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白色悬浮液，而后倒入50mL 反应釜中，180℃加热12h 。

离心的到样品，然后用蒸馏水水和乙醇洗去杂质离子，并置于干燥箱中5h 在80℃下烘干。

1.3 合成BiOCl
在上述2.2中不加入溶液A 与溶液B ，其余条件均相同的情况下制备得到纯BiOCl 。

1.4 光催化活性测试
以氙灯做可见光光源，10mg/L 的甲基橙为目标反应物表征催化剂性能。

50mL 目标降解液置于烧杯中，再加入50mg 的样品，黑暗下反应30min 达到解吸-吸附平衡状态。

吸管取3mL 的反应液，离心后弃沉淀物并测量其吸光度。

隔1h 吸取反应液一次，共取液四次，重复上述操作。

2 结果与讨论
2.1 XRD
图1是三个样品的XRD 图谱，表明了它们的组成成分。

从(a)图可以看出它们的都无明显杂峰，说明制备的样品都比较纯净没有
杂质，BiOCl 与Sn 3O 4分别与标准卡片(JCPDS no.1-600)和(JCPDS no.16-737)对应。

从(b)(c)(d)图分别可以看出B i O C l 已成功与Sn 3O 4复合，在2θ角的27.1°，32.3°，51.5°处分别体现。

其余峰位均可在BiOCl 和Sn 3O 4的标准卡片一一对应，可以得出Sn 3O 4与BiOCl 已成功复合。

2.2 SEM
图2所示是扫描电镜图谱。

(a)(b)是Sn 3O 4的扫描电镜图，纯Sn 3O 4为片状构成的团簇状。

BiOCl 是通常的片状形貌。

(c)(d)是复合成功BiOCl/Sn 3O 4的扫
描电镜和透射电镜图，均是形貌规整的球状。

2.3 TEM
图3(a)是Sn 3O 4的透射电镜图，与扫描电镜图符合，为片状构成的团簇。

3(b)(c)是复合成功BiOCl/Sn 3O 4的图谱。

纳米片在生长过程中通过自组装随机沉积形成球状，因为球形具有最小的表面能，这增强了材料的光收集
能力。

图3(d)所示的BiOCl/Sn 3O
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图3 Sn 3O 4与BiOCl/Sn 3O 4的透射电镜图谱
(TEM)
图4 Sn 3O 4、BiOCl 与BiOCl/Sn 3O 4对甲基橙的降解图以及BiOCl/Sn 3O 4的循环图
的HRTEM 图像表明，存在两组层间距离分别为0.275nm 和0.329nm 的条纹，对应于BiOCl 的(110)面和Sn 3O 4的(111)面。

进一步证明了Sn 3O 4/BiOCl 中Sn 3O 4和BiOCl 相之间形成了Sn 3O 4-BiOCl 异质结。

2.4 光催化实验结果分析
图4分别是BiOCl 、Sn 3O 4和BiOCl/Sn 3O 4降解甲基橙的性质图与BiOCl/Sn 3O 4降解甲基橙的循环图。

图4(a)图可看出催化性能最优的为BiOCl/Sn 3O 4，4h 内其降解率达到95%。

性质的提升可归结于两个主要要素的共同影响：(1)球状结构增加了催化剂对光的利用。

(2)Sn 3O 4与BiOCl 形成的p-n 结有效地促进了活性物质的分离，加速了活性物质的迁移。

图4(b)说明BiOCl/Sn 3O 4具有良好的可重复利用性。

结论：本文用简单的水热法制备得到光催化剂，应用各种现代仪器表征样品，用10mg/L 的甲基橙为目标降解物表征其催化性能。

BiOCl/Sn 3O 4在4h 内降解率达到95%，且具有良好的可重复性。

作者简介：张燕祥（1997—），山西吕梁人，硕士研究生，现就读于哈尔滨师范大学。