Bi/TiO 2 复合纳米纤维制备及可见光催化性能
发布时间：2021-12-10 21:19
以电纺TiO2纳米纤维为基质,EDTA为鳌合剂和吸附剂,采用溶剂热法制备Bi/TiO2复合纳米纤维光催化材料,利用X射线粉末衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、X射线能量色散谱（EDS）、透射电镜（TEM）、紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）和荧光光谱（PL）等分析测试手段对样品的物相、形貌和光学性能等进行表征,以罗丹明B（Rh B）为模拟有机污染物,考察了样品的光催化性能。结果表明:EDTA在复合纳米纤维的合成过程中起到关键作用,通过改变EDTA的用量可以有效控制纤维表面构筑单质Bi纳米球的大小和覆盖密度。所制备的复合纳米纤维具有良好的可见光催化活性和稳定性,当单质Bi的负载量为65%时光催化活性最强,可见光照射180 min,RhB的降解率达到96.40%,循环使用5次降解率仍保持在91%以上。
【文章来源】：无机化学学报. 2017,33(12)北大核心SCICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
不同样品的SEM和EDS图
第12期曹铁平等：Bi/TiO2复合纳米纤维制备及可见光催化性能(a)TiO2;(b)BTO1;(c)BTO2;(d)BTO3图1不同样品的XRD图Fig.1XRDpatternsofdifferentsamples纺制备样品纤维的衍射图，经与标准卡(PDFNo.21-1272)相比对，图上出现的6个衍射峰，从左至右分别对应于锐钛矿相TiO2的(101)、(004)、(200)、(105)、(211)、(204)晶面，且没有其他杂峰出现，确认所制样品纤维为纯锐钛矿相TiO2。图1b~1d为加入不同量EDTA所制样品BTO1、BTO2、BTO3的XRD图。图上原锐钛矿相TiO2的6个衍射峰得到完好保留，同时在3个图上相同位置均出现了多个新衍射峰，经与标准卡片(PDFNo．85-1329)相比对，这些衍射峰分别对应于单质Bi的(003)、(012)、(104)、(110)、(015)、(006)、(202)、(024)、(107)、(116)、(122)、(018)、(214)晶面，属于Bi的特征衍射峰。由此表明所制备的3个样品均为单质Bi与TiO2构成的复合物。进一步比较还发现，随着EDTA加入量的增加，TiO2的衍射峰逐渐减弱，而单质Bi的衍射峰逐渐增强。表明加入EDTA有利于Bi晶粒的生长，且随其加入量增加，所生成单质Bi结晶度升高、晶粒尺寸增大。2.2样品形貌分析图2为样品的扫描电子显微镜(SEM)和X射线能量色散谱(EDS)图。由图2(A)可见，纤维的长径比大、粗细较均匀、分散性良好、表面相对光滑，没有其它物种附着。图2(B)~2(D)是经溶剂热反应后样品的SEM图。3个样品的纤维形貌得到完好保持，但表面不再光滑，有大量纳米球均匀地构筑在纤维表面，随着EDTA加入量的增加，样品BTO1、BTO2、BTO3纤维表面的纳米球依次增多、变大，且越来越不规则，最后纳米球开始堆积，形成覆盖层，完全包裹了TiO2纳米纤维。这一结果表明：在反应体系中，EDTA的加入量对Bi纳米球的生成，以
无机化学学报第33卷表面所构筑的Bi纳米球结构完整，分散良好，大小均匀，平均直径为50nm。图4(B)为样品的HRTEM照片，Bi纳米球构筑在TiO2纳米纤维表面，所形成的异质结界面清晰。分析确认，晶格间距为0.35nm的衍射条纹，对应于锐钛矿相TiO2(101)晶面；晶格间距为0.33nm的衍射条纹，对应于Bi纳米晶的(012)晶面。图4(C)为Bi纳米球的选区电子衍射(SAED)图，该衍射斑点呈规则分布，表明所生成的Bi纳米球由单晶构成。2.3样品形成机理分析综合上述物相表征结果及参考相关文献[19]，在该合成体系中，EDTA具有鳌合和选择性吸附双重作用。反应初始TiO2纳米纤维表面钛原子同氧原子间的配位能力很强，形成有大量的表面羟基(-OH)[20-21]，而EDTA作为小分子模板剂，分子链两端分别含有多个羧基，其中一端的羧基与TiO2表面羟基发生类似醇和酸之间的酯化反应，使EDTA有选择性地吸附在TiO2纳米纤维上。由于EDTA又是一种良好的鳌合剂，具有广泛的配位性能，几乎能与所有的金属离子形成螯合物，因此结合在TiO2上的EDTA分子与溶液中自由移动的Bi3+发生螯合反应[22-23]，使Bi3+通过EDTA聚集在TiO2上。这种吸附、螯合是动态聚集，也可能是EDTA先与Bi3+螯合再吸附到TiO2纳米纤维上。随着反应进行，在高温、高压的溶剂热环境中，乙二醇与聚集在TiO2纳米纤维上的Bi3+离子发生氧化还原反应，将Bi3+原位还原成单质Bi且优先在纤维表面成核，称之为晶胚，晶胚不断长大形成晶核。并且随着反应的进行，EDTA的量逐渐减少，改变了EDTA的选择性吸附能力，从而开始影响单质Bi的结晶形态。根据奥斯瓦尔德熟化机制[24]，晶体生长过程又是各个晶面竞争生长的过程，构成晶体不同晶面的?
【参考文献】：
期刊论文
[1]球形Bi4Ti3O12制备及其可见光催化性能[J]. 高晓明,代源,张裕,王子航,付峰. 无机化学学报. 2017(03)
[2]Ag2CO3/BiVO4复合微米片光催化剂的制备、表征及光催化机理[J]. 刘仁月,吴榛,白羽,余长林,李家徳,舒庆,杨凯. 无机化学学报. 2017(03)
[3]Ag负载CdMoO4光催化剂的制备及其催化性能[J]. 李晓芬,陈梦莹,梁诗景,李小娟,毕进红. 无机化学学报. 2016(11)
本文编号：3533409
【文章来源】：无机化学学报. 2017,33(12)北大核心SCICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
不同样品的SEM和EDS图
第12期曹铁平等：Bi/TiO2复合纳米纤维制备及可见光催化性能(a)TiO2;(b)BTO1;(c)BTO2;(d)BTO3图1不同样品的XRD图Fig.1XRDpatternsofdifferentsamples纺制备样品纤维的衍射图，经与标准卡(PDFNo.21-1272)相比对，图上出现的6个衍射峰，从左至右分别对应于锐钛矿相TiO2的(101)、(004)、(200)、(105)、(211)、(204)晶面，且没有其他杂峰出现，确认所制样品纤维为纯锐钛矿相TiO2。图1b~1d为加入不同量EDTA所制样品BTO1、BTO2、BTO3的XRD图。图上原锐钛矿相TiO2的6个衍射峰得到完好保留，同时在3个图上相同位置均出现了多个新衍射峰，经与标准卡片(PDFNo．85-1329)相比对，这些衍射峰分别对应于单质Bi的(003)、(012)、(104)、(110)、(015)、(006)、(202)、(024)、(107)、(116)、(122)、(018)、(214)晶面，属于Bi的特征衍射峰。由此表明所制备的3个样品均为单质Bi与TiO2构成的复合物。进一步比较还发现，随着EDTA加入量的增加，TiO2的衍射峰逐渐减弱，而单质Bi的衍射峰逐渐增强。表明加入EDTA有利于Bi晶粒的生长，且随其加入量增加，所生成单质Bi结晶度升高、晶粒尺寸增大。2.2样品形貌分析图2为样品的扫描电子显微镜(SEM)和X射线能量色散谱(EDS)图。由图2(A)可见，纤维的长径比大、粗细较均匀、分散性良好、表面相对光滑，没有其它物种附着。图2(B)~2(D)是经溶剂热反应后样品的SEM图。3个样品的纤维形貌得到完好保持，但表面不再光滑，有大量纳米球均匀地构筑在纤维表面，随着EDTA加入量的增加，样品BTO1、BTO2、BTO3纤维表面的纳米球依次增多、变大，且越来越不规则，最后纳米球开始堆积，形成覆盖层，完全包裹了TiO2纳米纤维。这一结果表明：在反应体系中，EDTA的加入量对Bi纳米球的生成，以
无机化学学报第33卷表面所构筑的Bi纳米球结构完整，分散良好，大小均匀，平均直径为50nm。图4(B)为样品的HRTEM照片，Bi纳米球构筑在TiO2纳米纤维表面，所形成的异质结界面清晰。分析确认，晶格间距为0.35nm的衍射条纹，对应于锐钛矿相TiO2(101)晶面；晶格间距为0.33nm的衍射条纹，对应于Bi纳米晶的(012)晶面。图4(C)为Bi纳米球的选区电子衍射(SAED)图，该衍射斑点呈规则分布，表明所生成的Bi纳米球由单晶构成。2.3样品形成机理分析综合上述物相表征结果及参考相关文献[19]，在该合成体系中，EDTA具有鳌合和选择性吸附双重作用。反应初始TiO2纳米纤维表面钛原子同氧原子间的配位能力很强，形成有大量的表面羟基(-OH)[20-21]，而EDTA作为小分子模板剂，分子链两端分别含有多个羧基，其中一端的羧基与TiO2表面羟基发生类似醇和酸之间的酯化反应，使EDTA有选择性地吸附在TiO2纳米纤维上。由于EDTA又是一种良好的鳌合剂，具有广泛的配位性能，几乎能与所有的金属离子形成螯合物，因此结合在TiO2上的EDTA分子与溶液中自由移动的Bi3+发生螯合反应[22-23]，使Bi3+通过EDTA聚集在TiO2上。这种吸附、螯合是动态聚集，也可能是EDTA先与Bi3+螯合再吸附到TiO2纳米纤维上。随着反应进行，在高温、高压的溶剂热环境中，乙二醇与聚集在TiO2纳米纤维上的Bi3+离子发生氧化还原反应，将Bi3+原位还原成单质Bi且优先在纤维表面成核，称之为晶胚，晶胚不断长大形成晶核。并且随着反应的进行，EDTA的量逐渐减少，改变了EDTA的选择性吸附能力，从而开始影响单质Bi的结晶形态。根据奥斯瓦尔德熟化机制[24]，晶体生长过程又是各个晶面竞争生长的过程，构成晶体不同晶面的?
【参考文献】：
期刊论文
[1]球形Bi4Ti3O12制备及其可见光催化性能[J]. 高晓明,代源,张裕,王子航,付峰. 无机化学学报. 2017(03)
[2]Ag2CO3/BiVO4复合微米片光催化剂的制备、表征及光催化机理[J]. 刘仁月,吴榛,白羽,余长林,李家徳,舒庆,杨凯. 无机化学学报. 2017(03)
[3]Ag负载CdMoO4光催化剂的制备及其催化性能[J]. 李晓芬,陈梦莹,梁诗景,李小娟,毕进红. 无机化学学报. 2016(11)
本文编号：3533409
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