孙艳娟
,
肖香
,
董兴安
,
董帆
,
张炜
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(17)62753-0
一维La(OH)3纳米棒具有特殊的电子结构和多功能特性,特别是作为半导体光催化剂引起了人们极大的兴趣.但La(OH)3禁带宽度较大,且只能吸收紫外光,所以光催化效率较低,可见光利用能力较差,限制了La(OH)3的实际应用.因此,需要开发一种高效的改进方法来提高La(OH)3的可见光催化性能.本课题组发展了一种有效的改进La(OH)3方法,通过简易的方法将BiOI纳米颗粒沉积在La(OH)3纳米棒上,有效增强了对可见光的吸收能力和光生载流子的分离能力.本文采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、荧光光谱(PL)、光电子能谱(XPS)、电子自旋共振(ESR)、N2吸附和元素分析等手段研究了BiOI@La(OH)3纳米棒异质结的构建原理及增强可见光催化性能的原因.XRD和XPS结果表明,通过简易化学沉积法原位构建了BiOI@La(OH)3异质结,并且在异质结中没有杂相生成.由SEM图像可见,原始La(OH)3由分散的一维纳米棒组成,平均直径为30–50 nm.通过BiOI与La(OH)3表面的紧密接触成功构建异质结,但BiOI纳米颗粒未改变La(OH)3纳米棒的形貌.由TEM和HRTEM图像可见,La(OH)3纳米棒的平均长度为30–50 nm,并且在BiOI@La(OH)3异质结中可以清晰看出BiOI和La(OH)3之间紧密接触的界面和晶格间距.N2物理吸附结果显示,随着BiOI量的增加,BiOI@La(OH)3异质结的比表面积增加,但孔体积未现明显变化.UV-Vis DRS结果显示,引入BiOI后明显促进了La(OH)3对可见光的吸收能力和利用效率,从而有利于增强可见光催化活性.通过理论计算分别得到BiOI和La(OH)3的价带和导带位置,表明具有非常匹配的能带结构可以促进BiOI光生电子的有效转移.可见光催化去除NO测试结果表明,BiOI@La(OH)3异质结的光催化活性高达50.5%,明显优于BiOI和La(OH)3.ESR测试结果显示,BiOI@La(OH)3异质结可见光催化活性中起主要作用的活性物种是?OH.结合表征结果,BiOI@La(OH)3纳米棒异质结可见光催化性能增强的原因主要有三个:(1)BiOI@La(OH)3异质结增大的比表面积有利于反应物和产物在催化剂表面扩散,同时可提供更多活性位点参与光催化反应;(2)禁带宽度影响光催化效率,当BiOI与La(OH)3达到合适比例时,既可以促进可见光吸收,也可以使光生电子具有较强还原能力;(3)BiOI@La(OH)3异质结有利于光生载流子的分离,从而显著提高其光催化活性.
关键词:
BiOI@La(OH)3异质结
,
纳米棒
,
光催化
,
可见光
,
一氧化氮去除
董兴安
,
熊伟
,
遇丽
人工晶体学报
以柠檬酸铋铵分子为前驱体,采用一步水热法直接合成了原位N掺杂Bi2 O2 CO3分级微球(由二维级别纳米片组装而成的三维级别的维度分级结构)及其与氧化石墨烯(GO)的复合材料.柠檬酸铋铵在水热过程分解出的NH4+为N掺杂唯一来源,柠檬酸根在水热过程中分解产生CO32-,部分Bi3+被还原成Bi单质.通过N掺杂以及GO的引入,使Bi2 O2 CO3的光响应范围扩展至可见光,降低了Bi2O2CO3的禁带宽度.Bi单质使复合材料具备更低的电子-空穴复合率.可见光照射下,N掺杂Bi2 O2 CO3分级微球表现出良好的光催化去除NO的性能.引入氧化石墨烯和Bi单质后,光催化活性进一步得到提升.
关键词:
水热法
,
碳酸氧铋
,
原位N掺杂
,
氧化石墨烯
,
光催化
