研究目的
利用可见光照射下CuS/Bi4Ti3O12 p-n异质结材料开发水相中MCPA除草剂降解的新型光催化方案。
研究成果
CuS/Bi4Ti3O12 p-n异质结材料在可见光下对MCPA降解表现出优异的光催化活性,3小时内降解率超过95%。该异质结增强了可见光吸收和载流子分离,从而高效产生活性物种。该催化剂稳定且可循环使用,在环境修复方面具有应用前景。未来工作应聚焦于实际应用优化及其他污染物的探索。
研究不足
该研究仅限于实验室规模的实验,未涉及工业化应用的扩展性。在实际水样中,由于干扰离子和有机物的存在,光催化效率可能会降低。使用H2O2作为氧化剂会增加成本和复杂性。异质结的合成需要精确控制条件,这可能对大规模生产构成挑战。
1:实验设计与方法选择:
研究采用两步合成工艺——以尿素为燃料的燃烧法合成Bi4Ti3O12,随后通过水热沉积CuS形成异质结。其原理是通过构建p-n异质结增强可见光吸收与电荷分离。理论模型包含带隙计算和异质结形成原理。
2:样品选择与数据来源:
前驱体包括硝酸铋、异丙醇钛、硝酸铜、硫脲和尿素。以MCPA除草剂作为污染物,去离子水用于合成与反应过程。
3:实验仪器与材料清单:
仪器包含X射线衍射仪(Rigaku Ultima-IV)、紫外-可见分光光度计(Jasco V-650)、光致发光光谱仪(Horiba Scientific Fluoromax-4)、场发射扫描电镜(Nova NanoSEM)、高分辨透射电镜(TECNAI)、傅里叶变换红外光谱仪(Perkin-Elmer)、比表面积分析仪(Quantachrome AUTOSORB 1)、时间分辨荧光系统(Edinburg Instruments FLS980)、X射线光电子能谱仪(SPECS)、光电导测试装置(配太阳能模拟器的Keithley 2400源表)、拉曼光谱仪(WITec alpha 300R)、高效液相色谱仪(Agilent G1322A)、总有机碳分析仪(Analytikjena/multi N/C 3100)及离子选择性电极(Orion, Thermo Scientific)。试剂均为Merck和Sigma-Aldrich的AR级。
4:0)、光致发光光谱仪(Horiba Scientific Fluoromax-4)、场发射扫描电镜(Nova NanoSEM)、高分辨透射电镜(TECNAI)、傅里叶变换红外光谱仪(Perkin-Elmer)、比表面积分析仪(Quantachrome AUTOSORB 1)、时间分辨荧光系统(Edinburg Instruments FLS980)、X射线光电子能谱仪(SPECS)、光电导测试装置(配太阳能模拟器的Keithley 2400源表)、拉曼光谱仪(WITec alpha 300R)、高效液相色谱仪(Agilent G1322A)、总有机碳分析仪(Analytikjena/multi N/C 3100)及离子选择性电极(Orion, Thermo Scientific)。试剂均为Merck和Sigma-Aldrich的AR级。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:合成过程包括400°C燃烧制备Bi4Ti3O12,500-900°C煅烧,以及150°C水热沉积CuS修饰24小时。光催化测试使用25mg催化剂处理100ml含10ppm MCPA和150μl H2O2的溶液,以250W氙灯(>400nm)照射,取样进行HPLC分析。
5:数据分析方法:
采用准一级动力学分析降解速率,LC-ESI-MS检测中间产物,多种光谱技术进行材料表征。
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Recording UV-Vis diffuse reflectance spectra
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