Bi/TiO 2 復(fù)合納米纖維制備及可見(jiàn)光催化性能
發(fā)布時(shí)間：2021-12-10 21:19
以電紡TiO2納米纖維為基質(zhì),EDTA為鰲合劑和吸附劑,采用溶劑熱法制備Bi/TiO2復(fù)合納米纖維光催化材料,利用X射線粉末衍射（XRD）、掃描電鏡（SEM）、X射線能量色散譜（EDS）、透射電鏡（TEM）、紫外-可見(jiàn)漫反射光譜（UV-Vis DRS）和熒光光譜（PL）等分析測(cè)試手段對(duì)樣品的物相、形貌和光學(xué)性能等進(jìn)行表征,以羅丹明B（Rh B）為模擬有機(jī)污染物,考察了樣品的光催化性能。結(jié)果表明:EDTA在復(fù)合納米纖維的合成過(guò)程中起到關(guān)鍵作用,通過(guò)改變EDTA的用量可以有效控制纖維表面構(gòu)筑單質(zhì)Bi納米球的大小和覆蓋密度。所制備的復(fù)合納米纖維具有良好的可見(jiàn)光催化活性和穩(wěn)定性,當(dāng)單質(zhì)Bi的負(fù)載量為65%時(shí)光催化活性最強(qiáng),可見(jiàn)光照射180 min,RhB的降解率達(dá)到96.40%,循環(huán)使用5次降解率仍保持在91%以上。
【文章來(lái)源】：無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào). 2017,33(12)北大核心SCICSCD
【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)
【部分圖文】：
不同樣品的SEM和EDS圖
第12期曹鐵平等：Bi/TiO2復(fù)合納米纖維制備及可見(jiàn)光催化性能(a)TiO2;(b)BTO1;(c)BTO2;(d)BTO3圖1不同樣品的XRD圖Fig.1XRDpatternsofdifferentsamples紡制備樣品纖維的衍射圖，經(jīng)與標(biāo)準(zhǔn)卡(PDFNo.21-1272)相比對(duì)，圖上出現(xiàn)的6個(gè)衍射峰，從左至右分別對(duì)應(yīng)于銳鈦礦相TiO2的(101)、(004)、(200)、(105)、(211)、(204)晶面，且沒(méi)有其他雜峰出現(xiàn)，確認(rèn)所制樣品纖維為純銳鈦礦相TiO2。圖1b~1d為加入不同量EDTA所制樣品BTO1、BTO2、BTO3的XRD圖。圖上原銳鈦礦相TiO2的6個(gè)衍射峰得到完好保留，同時(shí)在3個(gè)圖上相同位置均出現(xiàn)了多個(gè)新衍射峰，經(jīng)與標(biāo)準(zhǔn)卡片(PDFNo．85-1329)相比對(duì)，這些衍射峰分別對(duì)應(yīng)于單質(zhì)Bi的(003)、(012)、(104)、(110)、(015)、(006)、(202)、(024)、(107)、(116)、(122)、(018)、(214)晶面，屬于Bi的特征衍射峰。由此表明所制備的3個(gè)樣品均為單質(zhì)Bi與TiO2構(gòu)成的復(fù)合物。進(jìn)一步比較還發(fā)現(xiàn)，隨著EDTA加入量的增加，TiO2的衍射峰逐漸減弱，而單質(zhì)Bi的衍射峰逐漸增強(qiáng)。表明加入EDTA有利于Bi晶粒的生長(zhǎng)，且隨其加入量增加，所生成單質(zhì)Bi結(jié)晶度升高、晶粒尺寸增大。2.2樣品形貌分析圖2為樣品的掃描電子顯微鏡(SEM)和X射線能量色散譜(EDS)圖。由圖2(A)可見(jiàn)，纖維的長(zhǎng)徑比大、粗細(xì)較均勻、分散性良好、表面相對(duì)光滑，沒(méi)有其它物種附著。圖2(B)~2(D)是經(jīng)溶劑熱反應(yīng)后樣品的SEM圖。3個(gè)樣品的纖維形貌得到完好保持，但表面不再光滑，有大量納米球均勻地構(gòu)筑在纖維表面，隨著EDTA加入量的增加，樣品BTO1、BTO2、BTO3纖維表面的納米球依次增多、變大，且越來(lái)越不規(guī)則，最后納米球開(kāi)始堆積，形成覆蓋層，完全包裹了TiO2納米纖維。這一結(jié)果表明：在反應(yīng)體系中，EDTA的加入量對(duì)Bi納米球的生成，以
無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)第33卷表面所構(gòu)筑的Bi納米球結(jié)構(gòu)完整，分散良好，大小均勻，平均直徑為50nm。圖4(B)為樣品的HRTEM照片，Bi納米球構(gòu)筑在TiO2納米纖維表面，所形成的異質(zhì)結(jié)界面清晰。分析確認(rèn)，晶格間距為0.35nm的衍射條紋，對(duì)應(yīng)于銳鈦礦相TiO2(101)晶面；晶格間距為0.33nm的衍射條紋，對(duì)應(yīng)于Bi納米晶的(012)晶面。圖4(C)為Bi納米球的選區(qū)電子衍射(SAED)圖，該衍射斑點(diǎn)呈規(guī)則分布，表明所生成的Bi納米球由單晶構(gòu)成。2.3樣品形成機(jī)理分析綜合上述物相表征結(jié)果及參考相關(guān)文獻(xiàn)[19]，在該合成體系中，EDTA具有鰲合和選擇性吸附雙重作用。反應(yīng)初始TiO2納米纖維表面鈦原子同氧原子間的配位能力很強(qiáng)，形成有大量的表面羥基(-OH)[20-21]，而EDTA作為小分子模板劑，分子鏈兩端分別含有多個(gè)羧基，其中一端的羧基與TiO2表面羥基發(fā)生類似醇和酸之間的酯化反應(yīng)，使EDTA有選擇性地吸附在TiO2納米纖維上。由于EDTA又是一種良好的鰲合劑，具有廣泛的配位性能，幾乎能與所有的金屬離子形成螯合物，因此結(jié)合在TiO2上的EDTA分子與溶液中自由移動(dòng)的Bi3+發(fā)生螯合反應(yīng)[22-23]，使Bi3+通過(guò)EDTA聚集在TiO2上。這種吸附、螯合是動(dòng)態(tài)聚集，也可能是EDTA先與Bi3+螯合再吸附到TiO2納米纖維上。隨著反應(yīng)進(jìn)行，在高溫、高壓的溶劑熱環(huán)境中，乙二醇與聚集在TiO2納米纖維上的Bi3+離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)，將Bi3+原位還原成單質(zhì)Bi且優(yōu)先在纖維表面成核，稱之為晶胚，晶胚不斷長(zhǎng)大形成晶核。并且隨著反應(yīng)的進(jìn)行，EDTA的量逐漸減少，改變了EDTA的選擇性吸附能力，從而開(kāi)始影響單質(zhì)Bi的結(jié)晶形態(tài)。根據(jù)奧斯瓦爾德熟化機(jī)制[24]，晶體生長(zhǎng)過(guò)程又是各個(gè)晶面競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)的過(guò)程，構(gòu)成晶體不同晶面的?
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]球形Bi4Ti3O12制備及其可見(jiàn)光催化性能[J]. 高曉明,代源,張?jiān)?王子航,付峰. 無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào). 2017(03)
[2]Ag2CO3/BiVO4復(fù)合微米片光催化劑的制備、表征及光催化機(jī)理[J]. 劉仁月,吳榛,白羽,余長(zhǎng)林,李家徳,舒慶,楊凱. 無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào). 2017(03)
[3]Ag負(fù)載CdMoO4光催化劑的制備及其催化性能[J]. 李曉芬,陳夢(mèng)瑩,梁詩(shī)景,李小娟,畢進(jìn)紅. 無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào). 2016(11)
本文編號(hào)：3533409
【文章來(lái)源】：無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào). 2017,33(12)北大核心SCICSCD
【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)
【部分圖文】：
不同樣品的SEM和EDS圖
第12期曹鐵平等：Bi/TiO2復(fù)合納米纖維制備及可見(jiàn)光催化性能(a)TiO2;(b)BTO1;(c)BTO2;(d)BTO3圖1不同樣品的XRD圖Fig.1XRDpatternsofdifferentsamples紡制備樣品纖維的衍射圖，經(jīng)與標(biāo)準(zhǔn)卡(PDFNo.21-1272)相比對(duì)，圖上出現(xiàn)的6個(gè)衍射峰，從左至右分別對(duì)應(yīng)于銳鈦礦相TiO2的(101)、(004)、(200)、(105)、(211)、(204)晶面，且沒(méi)有其他雜峰出現(xiàn)，確認(rèn)所制樣品纖維為純銳鈦礦相TiO2。圖1b~1d為加入不同量EDTA所制樣品BTO1、BTO2、BTO3的XRD圖。圖上原銳鈦礦相TiO2的6個(gè)衍射峰得到完好保留，同時(shí)在3個(gè)圖上相同位置均出現(xiàn)了多個(gè)新衍射峰，經(jīng)與標(biāo)準(zhǔn)卡片(PDFNo．85-1329)相比對(duì)，這些衍射峰分別對(duì)應(yīng)于單質(zhì)Bi的(003)、(012)、(104)、(110)、(015)、(006)、(202)、(024)、(107)、(116)、(122)、(018)、(214)晶面，屬于Bi的特征衍射峰。由此表明所制備的3個(gè)樣品均為單質(zhì)Bi與TiO2構(gòu)成的復(fù)合物。進(jìn)一步比較還發(fā)現(xiàn)，隨著EDTA加入量的增加，TiO2的衍射峰逐漸減弱，而單質(zhì)Bi的衍射峰逐漸增強(qiáng)。表明加入EDTA有利于Bi晶粒的生長(zhǎng)，且隨其加入量增加，所生成單質(zhì)Bi結(jié)晶度升高、晶粒尺寸增大。2.2樣品形貌分析圖2為樣品的掃描電子顯微鏡(SEM)和X射線能量色散譜(EDS)圖。由圖2(A)可見(jiàn)，纖維的長(zhǎng)徑比大、粗細(xì)較均勻、分散性良好、表面相對(duì)光滑，沒(méi)有其它物種附著。圖2(B)~2(D)是經(jīng)溶劑熱反應(yīng)后樣品的SEM圖。3個(gè)樣品的纖維形貌得到完好保持，但表面不再光滑，有大量納米球均勻地構(gòu)筑在纖維表面，隨著EDTA加入量的增加，樣品BTO1、BTO2、BTO3纖維表面的納米球依次增多、變大，且越來(lái)越不規(guī)則，最后納米球開(kāi)始堆積，形成覆蓋層，完全包裹了TiO2納米纖維。這一結(jié)果表明：在反應(yīng)體系中，EDTA的加入量對(duì)Bi納米球的生成，以
無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)第33卷表面所構(gòu)筑的Bi納米球結(jié)構(gòu)完整，分散良好，大小均勻，平均直徑為50nm。圖4(B)為樣品的HRTEM照片，Bi納米球構(gòu)筑在TiO2納米纖維表面，所形成的異質(zhì)結(jié)界面清晰。分析確認(rèn)，晶格間距為0.35nm的衍射條紋，對(duì)應(yīng)于銳鈦礦相TiO2(101)晶面；晶格間距為0.33nm的衍射條紋，對(duì)應(yīng)于Bi納米晶的(012)晶面。圖4(C)為Bi納米球的選區(qū)電子衍射(SAED)圖，該衍射斑點(diǎn)呈規(guī)則分布，表明所生成的Bi納米球由單晶構(gòu)成。2.3樣品形成機(jī)理分析綜合上述物相表征結(jié)果及參考相關(guān)文獻(xiàn)[19]，在該合成體系中，EDTA具有鰲合和選擇性吸附雙重作用。反應(yīng)初始TiO2納米纖維表面鈦原子同氧原子間的配位能力很強(qiáng)，形成有大量的表面羥基(-OH)[20-21]，而EDTA作為小分子模板劑，分子鏈兩端分別含有多個(gè)羧基，其中一端的羧基與TiO2表面羥基發(fā)生類似醇和酸之間的酯化反應(yīng)，使EDTA有選擇性地吸附在TiO2納米纖維上。由于EDTA又是一種良好的鰲合劑，具有廣泛的配位性能，幾乎能與所有的金屬離子形成螯合物，因此結(jié)合在TiO2上的EDTA分子與溶液中自由移動(dòng)的Bi3+發(fā)生螯合反應(yīng)[22-23]，使Bi3+通過(guò)EDTA聚集在TiO2上。這種吸附、螯合是動(dòng)態(tài)聚集，也可能是EDTA先與Bi3+螯合再吸附到TiO2納米纖維上。隨著反應(yīng)進(jìn)行，在高溫、高壓的溶劑熱環(huán)境中，乙二醇與聚集在TiO2納米纖維上的Bi3+離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)，將Bi3+原位還原成單質(zhì)Bi且優(yōu)先在纖維表面成核，稱之為晶胚，晶胚不斷長(zhǎng)大形成晶核。并且隨著反應(yīng)的進(jìn)行，EDTA的量逐漸減少，改變了EDTA的選擇性吸附能力，從而開(kāi)始影響單質(zhì)Bi的結(jié)晶形態(tài)。根據(jù)奧斯瓦爾德熟化機(jī)制[24]，晶體生長(zhǎng)過(guò)程又是各個(gè)晶面競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)的過(guò)程，構(gòu)成晶體不同晶面的?
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]球形Bi4Ti3O12制備及其可見(jiàn)光催化性能[J]. 高曉明,代源,張?jiān)?王子航,付峰. 無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào). 2017(03)
[2]Ag2CO3/BiVO4復(fù)合微米片光催化劑的制備、表征及光催化機(jī)理[J]. 劉仁月,吳榛,白羽,余長(zhǎng)林,李家徳,舒慶,楊凱. 無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào). 2017(03)
[3]Ag負(fù)載CdMoO4光催化劑的制備及其催化性能[J]. 李曉芬,陳夢(mèng)瑩,梁詩(shī)景,李小娟,畢進(jìn)紅. 無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào). 2016(11)
本文編號(hào)：3533409
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