研究目的
采用原位阴离子交换策略构建花状BiOCl/BiOCOOH p-n异质结,用于在太阳光照射下高效光催化去除水中有毒污染物。
研究成果
原位阴离子交换策略成功制备出花状BiOCl/BiOCOOH p-n异质结,通过改善电荷分离与转移显著提升了光催化活性。其中S3样品展现出最高效率,在模拟太阳光下能有效降解甲基橙和四环素,且具有良好的稳定性和可重复使用性。该方法为废水处理提供了一种新型光催化剂。
研究不足
该研究仅限于模拟阳光下的实验室规模实验;在自然阳光和多变环境条件下的实际应用可能需要进一步优化。合成过程涉及特定温度和化学品,这可能无法实现工业化应用的规模化或成本效益。
1:实验设计与方法选择:
采用原位阴离子交换法合成BiOCl/BiOCOOH异质结,包括BiOCOOH的溶剂热合成及后续70°C下的KCl离子交换。
2:样品选择与数据来源:
BiOCOOH微花由Bi(NO3)3·5H2O、甘油、DMF和水合成;BiOCl/BiOCOOH异质结通过用不同量KCl处理BiOCOOH制备。
3:2O、甘油、DMF和水合成;BiOCl/BiOCOOH异质结通过用不同量KCl处理BiOCOOH制备。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:化学品包括Bi(NO3)3·5H2O、甘油、DMF、KCl、MO、TC、AO、IPA、BQ(国药集团化学试剂);设备包括高压釜、电烘箱、XRD衍射仪(布鲁克D8 Advance)、SEM(日立Se4800)、TEM(JEOL JEM-2010F)、紫外-可见分光光度计(岛津UV-2600)、PL光谱仪(日立F-7000)、氙灯(北京中教金源HSX-UV300)、磁力搅拌器、TOC分析仪(Vario TOC)。
4:2O、甘油、DMF、KCl、MO、TC、AO、IPA、BQ(国药集团化学试剂);设备包括高压釜、电烘箱、XRD衍射仪(布鲁克D8 Advance)、SEM(日立Se4800)、TEM(JEOL JEM-2010F)、紫外-可见分光光度计(岛津UV-2600)、PL光谱仪(日立F-7000)、氙灯(北京中教金源HSX-UV300)、磁力搅拌器、TOC分析仪(Vario TOC)。 实验步骤与操作流程:
4. 实验步骤与操作流程:BiOCOOH在160°C下溶剂热合成24小时;BiOCl/BiOCOOH通过BiOCOOH与KCl在70°C下搅拌5小时形成;光催化测试将催化剂分散于MO或TC溶液中,在氙灯照射下进行,定期取样进行紫外-可见分析;自由基捕获实验使用IPA、BQ和AO;PL及其他表征按描述进行。
5:数据分析方法:
XRD用于物相鉴定,SEM/TEM用于形貌分析,UV-Vis DRS用于光学性质,PL用于电荷分离,准一级动力学用于降解速率,TOC用于矿化度分析。
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Transmission electron microscope
JEM-2010F
JEOL
Investigating the morphologies and compositions of the samples, including elemental mappings.
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UV-Vis spectrophotometer
UV-2600
Shimadzu
Obtaining UV-Vis absorption spectra of the samples and analyzing pollutant concentrations.
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Fluorescence spectrophotometer
F-7000
Hitachi
Studying photoluminescence properties to analyze charge separation.
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X-ray diffractometer
D8 Advance
Bruker
Conducting X-ray powder diffraction for phase identification of samples.
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Scanning electron microscope
Se4800
Hitachi
Characterizing the morphology and structure of the samples.
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Xe lamp
HSX-UV300
Beijing NBET Technology
Providing simulated sunlight for photocatalytic tests.
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TOC analyzer
Vario TOC
Elementar
Measuring total organic carbon for mineralization assessment.
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Autoclave
Used for solvothermal synthesis of BiOCOOH at high temperature and pressure.
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Electric oven
Drying samples and maintaining temperature during synthesis.
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Magnetic stirrer
Stirring solutions during synthesis and photocatalytic tests.
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