磷酸鉍光催化劑的合成條件探索

張瀟

摘 要 以硝酸鉍、磷酸銨為原料，硝酸以及氫氧化鈉為溶劑，在pH為7的條件下加入不同比例的精氨酸，利用水熱法制備了磷酸鉍光催化劑。以羅丹明B（RhB）染料作為降解對象，研究了不同樣品的光催化活性。結(jié)果表明：所有條件下制備的樣品光催化活性均較差，相比之下，在pH=7條件下，加入的精氨酸與磷酸鉍的比例為1：1時制備的磷酸鉍光催化活性最好，經(jīng)紫外光光照3h，RhB的降解率為23%。

關(guān)鍵詞 磷酸鉍 光催化活性 水熱法

中圖分類號：O643.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

光催化就是利用太陽光蘊(yùn)含的能量激發(fā)半導(dǎo)體滿帶中的價電子使電子躍遷到導(dǎo)帶中形成導(dǎo)帶電子與價帶空穴，此時的電子空穴具有非常強(qiáng)的氧化性和還原性?？蓪⒋蠓肿游镔|(zhì)分解為水和無機(jī)鹽等小分子物質(zhì)，此時電子與空穴之間具有非常強(qiáng)的吸引力使他們易與復(fù)合電子空穴對的復(fù)合使光催化性能大大降低。除此之外自由激子在半導(dǎo)體中傳輸?shù)倪^程如果遇到缺陷也會被缺陷捕捉失去其氧化還原能力，這是影響催化劑反應(yīng)活性的一個很重要的因素，半導(dǎo)體材料本身的電子結(jié)構(gòu)晶格參數(shù)是其光催化活性強(qiáng)弱的本質(zhì)原因。通過摻雜和構(gòu)建異質(zhì)結(jié)構(gòu)等方式可有效提高材料之前的催化性能半導(dǎo)體禁帶寬度的大小決定了其本身的光吸收閥值是否能滿足相應(yīng)的半導(dǎo)體材料帯隙能。不同的光吸收閥值也是不同的。

本實驗采用水熱法制備了BiPO4光催化劑并對其進(jìn)行表征，以羅丹明B為光催化降解對象，通過改變模板劑精氨酸的含量，研究對光催化劑活性的影響。

1實驗部分

1.1實驗方法

1.1.1磷酸鉍光催化劑的制備

硝酸溶液作為溶劑，采用水熱法制備磷酸鉍光催化劑。用電子天平稱分別稱取0.853g、0.856g、0.852g硝酸鉍，按1：1，2：1，5：2的比例與模板劑（精氨酸）加入15ml硝酸溶液中制成A液，用電子天平稱稱取1.44g磷酸鈉加入到15ml的氫氧化鈉溶液中并加入模板劑，制成B液，將A液逐滴加入B液中，加入氨水調(diào)節(jié)溶液pH到7，然后將溶液放置于磁力加熱攪拌器上攪拌兩小時，攪拌完成后將溶液置于反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜放置到電熱鼓風(fēng)干燥箱中，在80€癈恒溫條件下進(jìn)行水熱反應(yīng)24h。最后經(jīng)過離心、洗滌、干燥后得到白色粉末狀固體。

其他條件不變的情況下，將得到的白色固體放置到馬弗爐中在400€癈的條件下煅燒12h。

1.1.2光催化性能表征

以羅丹明B溶液為模擬污染物，對合成的的光催化劑的活性進(jìn)行了表征分析，具體測試過程與方法如下：稱取0.08g光催化劑和80mL初始濃度為10-5M的羅丹明B溶液混合放入100mL玻璃反應(yīng)器中，避光條件下攪拌60min達(dá)到吸附一脫附平衡。待吸附平衡后，用365nm紫外燈光照該體系，每30min取一次樣。經(jīng)過離心分離樣品，取上層清液用TU-1810型紫外可見分光光度計進(jìn)行光譜分析，測得降解液的UV-Vis光譜并繪制光譜圖和活性比較圖。

2結(jié)果與分析

圖1為在未煅燒的情況下，加入的精氨酸與磷酸鉍的比例分別為1：1，2：5與不加入精氨酸的情況下制備的BiPO4光催化劑的C/C0圖，整體來看，加入的精氨酸與磷酸鉍的比例不同導(dǎo)致光催化劑的活性呈現(xiàn)一定規(guī)律的變化。從整體上來看，暗反應(yīng)結(jié)束后，三組光催化劑經(jīng)過紫外光的照射，我們發(fā)現(xiàn)加入的精氨酸與磷酸鉍的比例為2：5制備的BiPO4光催化劑隨著光照時間的延長催化效果變化最不明顯，光照三小時后其對RhB的降解率僅為5%，而精氨酸與磷酸鉍的比例為1：1制備的BiPO4光催化劑的活性比較好，光照三小時后BiPO4光催化劑的降解率約為12.5%，隨著光照時間的延長其對雜質(zhì)的降解效果較為明顯。活性在三組BiPO4光催化劑中最好。

圖2為加入的精氨酸與磷酸鉍的比例分別為1：1，2：5與不加入精氨酸的情況下制備的BiPO4光催化劑在400€癈煅燒的情況下的C/C0圖。從整體來看經(jīng)過暗反應(yīng)和紫外可見光的照射，三組不同的光催化劑在光催化活性的變化上呈現(xiàn)一定的規(guī)律，從圖中發(fā)現(xiàn)，精氨酸與磷酸鉍比例為2：5的光催化劑在光照開始第15分鐘到第45分鐘時有明顯的波動，經(jīng)過三小時光照后其與不加入精氨酸的制備的BiPO4光催化劑的活性幾乎相同，約為18%，在這三組光催化劑中精氨酸與磷酸鉍的比例為1：1的制備的BiPO4光催化劑相對來說對RhB的降解效果隨光照的延長變化較為明顯，降解率約為23%，活性相對較好。

3結(jié)論

通過水熱法制備了BiPO4光催化劑。以RhB溶液為降解對象，研究了加入精氨酸的比例和是否經(jīng)過400€癈煅燒對BiPO4光催化劑對RhB溶液降解效果的影響，實驗表明，在400€癈煅燒與未煅燒的情況下精氨酸與磷酸鉍的比例為2：5時制備的BiPO4光催化劑對RhB的降解效果最差，而精氨酸與磷酸鉍的比例為1：1時制備的BiPO4光催化劑對RhB的降解效果最好。在400€癈煅燒的情況下，不同的三組精氨酸與磷酸鉍比例制備的BiPO4光催化劑的活性都有變化，煅燒后的光催化劑對RhB的降解效果比未煅燒的BiPO4光催化劑降解效果好。由此來看，精氨酸與磷酸鉍的比例為1：1的BiPO4光催化劑經(jīng)過400€癈煅燒后，對RhB的降解效果最顯著，光催化活性最好。