三氧化钨/氯氧化铋异质结构用于光催化降解有机污染物

随着工业化的不断发展,环境污染越来越受到重视。光催化是净化被许多环境污染物污染的水的新兴且有价值的策略。氯氧化铋 (BiOCl) 是一种 p 型光催化剂,具有由 [Bi2O2]2+ 和氯离子形成的层状结构。其内部自建静电场可以显着加速光生e--h+对的分布,提高催化能力。与三氧化钨 (WO3) 等半导体氧化物偶联是提高光催化性能的常用策略。
 
因此,科学家提出了一种三氧化钨/氯氧化铋异质结构(WO3/BiOCl)光催化剂并通过静电纺丝和溶剂热法合成的。 WO3/BiOCl异质结构在光催化降解有机污染物方面表现出优异的性能,合成方法如下:
 
WO3/BiOCl 的工作原理图
 
聚乙烯吡咯烷酮 (PVP K88-96, Mw=1,300,000), 偏钨酸铵水合物 (AMT, (NH4)6H2W12O40xH2O, 99.5%), N,N-二甲基甲酰胺 (DMF, AR), 氯铋 (BiCl3, AB三甲基溴化铵) , 99%), 罗丹明 B (RhB, AR), 苯酚 (AR), CH3OH, 乙二醇 (EG) 和乙腈 (CH3CN) 为原料,未经处理。
 
WO3 纳米纤维通过静电纺丝合成并在空气中煅烧如下。将1mmol (NH4)6H2W12O40·xH2O和1.0g PVP溶解在8mL DMF中,室温搅拌过夜,然后转移到置于注射泵中的注射器中,得到用于静电纺丝的前体溶液。产品收集器和注射器针尖之间的距离设置为 20 厘米。前体纳米纤维是通过静电纺丝工艺获得的,当针尖施加 20 kV 的正电压并且溶液进料速率设置为 0.5 mLh-1 时。最后,将电纺前驱体纳米纤维在马弗炉中以 2°C/min 的加热速率在 500°C 下煅烧 3 小时,得到 WO3 纳米纤维。
 
WO3/BiOCl的HRTEM 图像
 
将 1 mmol WO3 纳米纤维分散在 20 mL 乙二醇中形成悬浮液 A。同时,将 0.2 g CTAB 溶解在 10 mL 乙二醇中形成溶液 B。将一定量的 BiCl3 溶解在 10 mL 中加入乙二醇以获得溶液C。将悬浮液A和溶液B加入到溶液C中以获得均匀的混合物,然后将其转移到衬有聚四氟乙烯的高压釜(50mL) 中并在120°C下保持8小时。反应结束后,离心收集沉淀,用蒸馏水和乙醇洗涤,最后在 60°C 干燥,得到 WO3/BiOCl 异质结构。通过改变 BiCl3:WO3 摩尔比(0.5、1、2 和 3)制备的一系列 WO3/BiOCl 样品分别表示为 WO3/BiOCl(0.5)、WO3/BiOCl(1)、WO3/BiOCl(2)、WO3 /BiOCl (3) 异质结构。
 
简而言之,三氧化钨/氯氧化铋异质结构通过静电纺丝法和溶剂热法在WO3纳米纤维上生长BiOCl纳米片成功制备。该催化剂可用于光催化降解有机污染物。与纯WO3纳米纤维和BiOCl纳米片相比,WO3/BiOCl异质结构具有较强的光吸收性和更高的光生载流子分离效率,因此可见光下RhB和苯酚的分解显着增强了光催化性能。WO3/BiOCl 异质结构在RhB降解的最佳表观速率常数为 0.259 min-1,约为 BiOCl 纳米片的 2.3 倍。
 

 

 

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