复合光催化剂Bi₁₂O₁₇Cl₂/TiO₂制备及其性能

摘要

在室温条件下，利用BiCl₃·5H₂O、NaOH和CH₃CH₂OH作原料合成了Bi₁₂O₁₇Cl₂光催化剂.把TiO₂与Bi₁₂O₁₇Cl₂通过机械混合法进行复合，制备Bi12O₁7Cl₂/TiO₂复合光催化剂.通过改变Bi₁₂O₁₇Cl₂在Bi₁₂O₁₇Cl₂/TiO₂中的质量分数，分别考察Bi₁₂O₁₇Cl₂/TiO₂和TiO₂在紫外光和可见光条件下，对甲基橙的光催化降解效率.研究发现，当用紫外光照射1.25 h时，3%Bi₁₂O₁₇Cl₂/TiO₂催化剂的紫外光催化活性最高，3%Bi₁₂O₁₇Cl₂/TiO₂光催化降解甲基橙的降解效率为100%.当用可见光照射2 h时，3%Bi₁₂O₁₇Cl₂/TiO₂催化剂的可见光催化活性最高，3%Bi₁₂O₁₇Cl₂/TiO₂光催化降解甲基橙的降解率为90%.当用可见光照射2 h时，3%Bi₁₂O₁₇Cl₂/TiO₂光催化降解甲基橙溶液的COD（Chemical oxygen demand）去除率最高，其COD去除率为75%.通过对Bi₁₂O₁₇Cl₂/TiO₂光催化反应机理研究表明，TiO₂有比Bi₁₂O₁₇Cl₂更负的导带值，TiO₂也具有比Bi₁₂O₁₇Cl₂更正的价带值.在光照条件下，位于二氧化钛导带上的电子，可以向Bi₁₂O₁₇Cl₂的导带上迁移.与此同时，位于二氧化钛价带上的空穴，可以向Bi₁₂O₁₇Cl₂的价带上迁移，使得TiO₂中光生电子与空穴的复合率得以有效降低，进而提高了Bi₁₂O₁₇Cl₂/TiO₂光催化降解率.由于发生上述电荷转移，能够使电子–空穴对有效分离，即提升了光催化降解甲基橙的活性.光生电子与O₂发生反应，生成·O₂^-.而·O₂^-与h⁺为具有很强氧化能力的活性自由基，可以把甲基橙氧化降解为CO₂、H₂O和N₂等无机矿化产物.这将对于开发新型光催化材料、深度处理有机染料污染物和保护环境具有重要意义.

关键词

光催化 / TiO₂ / 三氯化铋 / 复合光催化剂 / Bi₁₂O₁₇Cl₂ / 甲基橙

基金资助

国家自然科学基金资助项目（52072001）; 阜阳市政府与阜阳师范大学科技合作专项（SXHZ202003,SXHZ202102）