AgCl/(BiO)2CO3復(fù)合材料的制備及光催化性能

田玲 吳漢福 蔣玲(六盤(pán)水師范學(xué)院化學(xué)與材料工程學(xué)院，貴州 鐘山 553004)

0 引言

(BiO)2CO3具有層狀結(jié)構(gòu)的氧化物，禁帶寬度約為2.87～3.58eV，不能有效地利用太陽(yáng)光[1-4]。AgCl禁帶寬度約為3.25eV，具有較強(qiáng)的可見(jiàn)光響應(yīng)和光催化活性，但AgCl的光生電子空穴對(duì)復(fù)合率較高，導(dǎo)致光生載流子的利用率不高，并且具有極強(qiáng)的光腐蝕性，導(dǎo)致穩(wěn)定性較差[5,6]。本文通過(guò)兩步沉淀法制備出具有一定光催化活性的AgCl/(BiO)2CO3復(fù)合材料，預(yù)期能在有機(jī)污染降解方面具有一定的應(yīng)用前景。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 制備純(BiO)2CO3催化劑

稱(chēng)取1.4700g五水硝酸鉍和21.6000g尿素溶于45mL去離子水得到溶液A；稱(chēng)取1.2719g無(wú)水碳酸鈉溶于45mL去離子水得到溶液B。將B緩慢地滴加到A中，常溫?cái)嚢?0h，離心，洗滌，60℃干燥，磨細(xì)，得純(BiO)2CO3催化劑材料a。

1.2 制備純AgCl催化劑

稱(chēng)取0.7108g硝酸銀溶于100mL去離子水得到溶液A；稱(chēng)取0.2443g氯化鈉溶于200mL去離子水得到溶液B。將A緩慢滴入B中，滴完后避光攪拌30min，離心，洗滌，磨細(xì)得純AgCl催化劑b。

1.3 制備純AgCl/(BiO)2CO3催化劑

稱(chēng)取a樣品0.2000g，加入20mL去離子水，超聲30min，再加入一定質(zhì)量的氯化鈉，攪拌30min，得到懸濁液A。稱(chēng)取一定量的硝酸銀溶于10mL去離子水得溶液B。將A緩慢滴入B中，避光攪拌30min，離心，洗滌，60℃干燥，磨細(xì)得AgCl/(BiO)2CO3。按照AgCl與(BiO)2CO3的質(zhì)量比制備的復(fù)合材料分別記為c-10%，d-15%，e-20%，f-25%，g-30%。

1.4 光催化實(shí)驗(yàn)

亞甲基藍(lán)(MB)作為模擬污染物，使用500W氙燈作為光源，取MB(10mg/L)100mL、0.1g催化劑置于光反應(yīng)瓶，在黑暗中攪拌30min后，取5mL懸浮液測(cè)定其吸光度，然后開(kāi)啟氙燈，每隔20min取5mL懸浮液，于7000r/min離心機(jī)中離心10min，取上清液用分光光度計(jì)測(cè)定吸光度分析剩余污染物的濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品的結(jié)構(gòu)

圖1為所合成催化劑樣品的XRD譜圖。由圖可知，在a樣品的2θ為28.55°、32.75°、46.83°、57.99°的主衍射峰與AgCl的晶面指數(shù)(111)、(200)、(220)、(222)一致；b樣品的2θ為13.16°、24.19°、30.43°、33.04°、42.43°、47.25°、52.62°、56.98°、63.36°處主衍射峰與四方晶相的(BiO)2CO3標(biāo)準(zhǔn)卡片對(duì)比均一致，并與 晶 面 指 數(shù)(002)、(011)、(013)、(110)、(114)、(020)、(121)、(123)及(206)相對(duì)應(yīng)。純AgCl、純(BiO)2CO3的主要衍射峰較尖銳而未出現(xiàn)其他雜峰，結(jié)晶良好。在復(fù)合樣品c～g的衍射圖譜中均呈現(xiàn)有AgCl和(BiO)2CO3的衍射特征峰，AgCl的加入并未改變AgCl/(BiO)2CO3中(BiO)2CO3衍射峰的位置，復(fù)合后AgCl也仍保持著良好的結(jié)晶度，說(shuō)明已成功制備出AgCl/(BiO)2CO3的復(fù)合物。

圖1 樣品的XRD圖

2.2 樣品的形貌

圖2為純AgCl、純(BiO)2CO3和25% AgCl/(BiO)2CO3的SEM圖，從圖看出，純AgCl表面較光滑，呈顆粒狀，形態(tài)較規(guī)整，但尺寸大小不均一；純(BiO)2CO3為不規(guī)則的球形顆粒，顆粒較大，同樣尺寸不均一。而兩者復(fù)合后，樣品形貌發(fā)生了變化，呈松散棉花狀。

2.3 光催化性能

圖2 樣品的SEM圖

圖3 可見(jiàn)光下降解MB藍(lán)的降解曲線(xiàn)

圖3為AgCl、(BiO)2CO3和復(fù)合材料在可見(jiàn)光下降解MB的性能，即 MB的濃度(C/C0)隨光照射時(shí)間t的變化，其中C0和C分別是初始濃度和反應(yīng)時(shí)間 t 的濃度。由圖可知，純AgCl、純(BiO)2CO3和復(fù)合材料均對(duì)MB有一定的吸附作用，相對(duì)來(lái)說(shuō)，純(BiO)2CO3和復(fù)合材料對(duì)MB的吸附要強(qiáng)。純AgCl和純(BiO)2CO3對(duì)MB幾乎不發(fā)生降解，而復(fù)合材料的光催化降解率均高于純AgCl和純(BiO)2CO3，并且隨著AgCl含量的增加，降解率基本呈先增大后減小的趨勢(shì)，當(dāng)AgCl 和(BiO)2CO3質(zhì)量比為1:4時(shí)，光催化活性最高，180min 時(shí)光催化降解率達(dá)到 89%。可能的原因是AgCl含量增加，AgCl與(BiO)2CO3復(fù)合使其有效接觸面積增大，吸光增強(qiáng)且產(chǎn)生光生電子-空穴對(duì)更多，實(shí)現(xiàn)了有效電荷分離，進(jìn)而光催化效率提高。當(dāng)AgCl 比例過(guò)高時(shí)，過(guò)量的AgCl 在復(fù)合物中可能形成新復(fù)合中心，使得電子-空穴對(duì)又重新復(fù)合，使其光催化效率降低。

用一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程ln(C/C0)=-kt (k為速率反應(yīng)常數(shù)，min-1；t為反應(yīng)時(shí)間，min)擬合光催化降解。圖4為制備的光催化劑樣品對(duì)MB的降解一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程圖，相關(guān)系數(shù)分別為Ra=0.8428、Rb=0.5960、Rc=0.9786、 Rd=0.9752、 Re=0.9794、Rf=0.9945、Rg=0.9824，復(fù)合材料的降解具有良好的線(xiàn)性關(guān)系。速率反應(yīng)常數(shù) (min-1)分別 ka=6.30×10-4、kb=5.79×10-4、kc=6.42×10-3、kd=6.02×10-3、ke=5.71×10-3、kf=9.45×10-3、kg=8.27×10-3，f-25%速率反應(yīng)常數(shù)分別a、b的15倍和16倍。

3 結(jié)語(yǔ)

圖4 樣品對(duì)MB溶液的降解一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程

采用兩步沉淀法成功制備了AgCl/(BiO)2CO3復(fù)合光催化劑，在可見(jiàn)光照射下，復(fù)合催化劑對(duì)MB的降解均比單一AgCl和 (BiO)2CO3的活性更高。當(dāng)AgCl與(BiO)2CO3質(zhì)量比為1:4，催化活性最高，180min內(nèi)對(duì)MB的降解可達(dá)89%，復(fù)合催化劑降解MB的速率常數(shù)分別AgCl、(BiO)2CO3的15倍和16倍。說(shuō)明AgCl與(BiO)2CO3復(fù)合后能分離光生電子和空穴，活性位點(diǎn)降低，提高光催化活性。