V溴氧化鉍復(fù)合物的制備及光催化實(shí)驗(yàn)探究案例目錄TOC\o"1-3"\h\u2028溴氧化鉍復(fù)合物的制備及光催化實(shí)驗(yàn)探究案例 187521.1溴氧化鉍復(fù)合物的制備 1110671.2pH=1.6和pH=10條件下樣品的X射線衍射圖譜對(duì)比分析 2287441.3pH=1.6和pH=10條件下樣品的透射電子顯微鏡圖像對(duì)比分析 324401.4pH=1.6和pH=10條件下所得樣品的比表面積分析 4106881.5pH=1.6和pH=10條件下所得樣品的紫外可見吸收光譜分析 5219171.6pH=1.6和pH=10條件下所得樣品的光催化性能分析 51.1溴氧化鉍復(fù)合物的制備在溴氧化鉍的制備過程中，得到溶液B后，向其中緩慢滴加高濃度氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)B溶液的pH值并不斷測(cè)量，當(dāng)pH=10后，向混合溶液中加入高純鉍粉，溶解后轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行水熱反應(yīng)，后續(xù)實(shí)驗(yàn)操作與溴氧化鉍的制備相同。最終得到的樣品粉末呈淡黃色，樣品對(duì)比照片如圖3-6所示。圖中a為3.2.1中制備得到的BiOBr，其生長(zhǎng)條件的pH值為1.6，樣品為白色粉末狀；b為新制備得到的樣品，生長(zhǎng)條件的pH值為10，樣品呈淡黃色粉末狀。圖3-6不同pH值下制備的樣品粉末（a）pH=1.6；（b）pH=101.2pH=1.6和pH=10條件下樣品的X射線衍射圖譜對(duì)比分析為了探究溶液pH對(duì)所得樣品化學(xué)組成的影響，我們?cè)趐H=10的條件下制備了樣品粉末，并對(duì)所得樣品進(jìn)行了X射線衍射分析，圖3-7為pH=1.6和pH=10條件下所得樣品的X射線衍射圖譜對(duì)比圖。圖3-7pH=1.6和pH=10條件下制備樣品的X射線衍射圖譜從圖中可以看出，兩種樣品的X射線衍射圖譜中均包含有溴氧化鉍的衍射峰，這說明在pH=1.6和pH=10條件下均有BiOBr生成。進(jìn)一步觀察可以發(fā)現(xiàn)：兩種樣品的X射線衍射圖譜的區(qū)別主要位于2θ=31.692°和2θ=32.220°處。pH=10條件下制備的樣品在在2θ=31.692°和2θ=32.220°處具有明顯的衍射峰，而pH=1.6的條件下制備的樣品在2θ=31.692°和2θ=32.220°處不具有衍射峰。，與標(biāo)準(zhǔn)PDF卡片一致，在角度為31.692°時(shí)的峰位要比在角度為32.220°時(shí)要高。通過檢索PDF卡片信息，我們認(rèn)為2θ=31.692°和2θ=32.220°處的衍射峰為Bi24O31Br10的衍射峰。在pH=10的條件下，OH-濃度較高，BiOBr可與OH-發(fā)生如下反應(yīng)：24BiOBr+14OH-→Bi24O31Br10+14Br-+7H2O這一反應(yīng)導(dǎo)致了Bi24O31Br10的形成。此外，從圖3-7中還可以發(fā)現(xiàn)，與pH=1.6條件下制備的樣品相比，pH=10條件下所得樣品的（001）晶面衍射峰相對(duì)減弱，而（110）晶面衍射峰相對(duì)增強(qiáng)。這一變化趨勢(shì)與已有研究報(bào)道一致。在pH=1.6條件下，H+濃度較高，這使得具有高表面能和終端氧原子密度的（001）晶面與H+強(qiáng)烈鍵合，導(dǎo)致（001）晶面暴露比例較高。與此相反，在pH=10條件下，H+濃度降低，這使得具有高表面能和終端氧原子密度的（001）晶面不能與H+強(qiáng)烈鍵合，為了降低體系能量，（001）晶面暴露比例降低。總之，通過改變?nèi)芤簆H值，所得目標(biāo)產(chǎn)物的化學(xué)組成及晶體結(jié)構(gòu)均發(fā)生變化，這一變化會(huì)影響材料的光學(xué)及電學(xué)性能，從而對(duì)光催化性能產(chǎn)生影響。1.3pH=1.6和pH=10條件下樣品的透射電子顯微鏡圖像對(duì)比分析圖3-8pH=1.6和pH=10條件下制備樣品的的透射電子顯微鏡圖像，（a）和（b）分別為pH=1.6條件下制備樣品的TEM和HRTEM圖像；（c）和（d）分別為pH=10條件下制備樣品的TEM和HRTEM圖像圖3-8為pH=1.6和pH=10條件下制備樣品的透射電子顯微鏡圖像。從圖中可以看出，兩種pH條件下所得樣品依然為納米片狀結(jié)構(gòu)，不同的是pH=10條件下所得納米片尺寸更小，厚度更薄。我們認(rèn)為pH=10條件下納米片尺寸的減小可能與Bi24O31Br10的形成有關(guān)。水熱反應(yīng)過程中，高濃度的OH-與BiOBr反應(yīng)，這阻礙了BiOBr晶粒的長(zhǎng)大，從而納米片的尺寸和厚度降低。進(jìn)一步對(duì)比pH=1.6和pH=10條件下所得樣品的高分辨透射電子顯微鏡圖像還可以發(fā)現(xiàn)：PH=1.6條件下所得樣品HRTEM圖像中的晶格間距為0.27nm，而pH=10條件下所得樣品的晶格間距為0.28nm（圖3-8b和d），它們分別對(duì)應(yīng)BiOBr（110）和（102）晶面的晶面間距。結(jié)合X射線衍射圖譜分析，我們認(rèn)為這與pH=1.6和pH=10條件下所得樣品的晶體取向不同有關(guān)，pH=1.6條件下所得樣品的（001）晶面暴露比例較高，而pH=10條件下所得樣品的（010）晶面暴露比例較高。1.4pH=1.6和pH=10條件下所得樣品的比表面積分析除樣品的形貌特征，物相組成以外，樣品的比表面積也是影響樣品光催化性能的關(guān)鍵因素。因此，我們對(duì)pH=1.6和pH=10條件下所得樣品進(jìn)行了比表面積測(cè)試，所得樣品的氮?dú)馕摳角€如圖3-10所示。按照國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)的分類，不同條件下制備的兩個(gè)樣品均具有IV型吸附等溫線的特征，脫附曲線中出現(xiàn)H3型回滯環(huán)，這表明樣品中介孔的存在，但相比來說，在pH=10的條件下制備的樣品回滯環(huán)更為明顯，吸脫附曲線相差較大，且具有更大的比表面積。使用Brunauer—Emmett—Teller法去計(jì)算樣品的比表面積，結(jié)果表明，在pH=10的條件下制得樣品的比表面積為13.5853m3/g，而pH=1.6條件下制得樣品的比表面積僅有6.4018m3/g。與pH=10條件下所得樣品相比，pH=1.6條件下制備所得樣品尺寸較大，從而其比表面積較低。較大的比表面積有利于活性物質(zhì)的吸附及氧化還原反應(yīng)的進(jìn)行，從而獲得高的光催化活性。圖3-10pH=1.6和pH=10條件下制備樣品的氮?dú)馕摳角€1.5pH=1.6和pH=10條件下所得樣品的紫外可見吸收光譜分析圖3-11pH=1.6和pH=10條件下所得樣品的紫外可見吸收光譜圖采用紫外-可見分光光度計(jì)測(cè)量不同pH下制備樣品的光吸收能力，所得結(jié)果如圖3-11所示。從圖3-11中可以看出，pH=1.6與pH=10條件下所得樣品在200-440nm區(qū)域內(nèi)均具有明顯的吸收。不同的是，與pH=1.6條件下所得樣品相比，pH=10條件下所得樣品的紫外可見吸收光譜出現(xiàn)明顯的紅移。分析原因認(rèn)為，這可能與Bi24O31Br10的形成有關(guān)。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，Bi24O31Br10的帶隙寬度為2.42eV，與BiOBr的帶隙寬度相比較小，這種較小的帶隙寬度使得樣品在可見光區(qū)的吸收強(qiáng)度增強(qiáng)，吸收帶邊發(fā)生紅移。較強(qiáng)的光吸收強(qiáng)度有利于更多光生載流子的形成，從而提升光催化性能。1.6pH=1.6和pH=10條件下所得樣品的光催化性能分析與前文的光催化實(shí)驗(yàn)一致，取50mg的樣品粉末和100ml的羅丹明B溶液，先進(jìn)行黑暗吸附，然后在200瓦氙燈光源下進(jìn)行光催化實(shí)驗(yàn)，記錄數(shù)據(jù)并處理，得到圖3-12的降解曲線。圖3-12不同pH條件下制備的溴氧化鉍的羅丹明B光催化降解曲線為對(duì)比不同pH條件下所得樣品的光催化活性，我們分別評(píng)價(jià)了僅有模擬太陽光照射、有光模擬太陽光照射和不同樣品的條件下目標(biāo)污染物羅丹明B（RhB）的降解情況，結(jié)果如圖3-12所示。從圖3-12中可以看出，僅有太陽光照射下，羅丹明B溶液本身幾乎不具有光降解作用，在加入樣品粉末后，羅丹明B溶液的降解率得到顯著提升。其中，在pH=1.6的條件下制備樣品將羅丹明B溶液完全降解需要25分鐘左右，而pH=10的條件下制備樣品將羅丹明B溶液完全降解僅需要15分鐘。這說明pH=10條件下所得樣品的光催化活性更優(yōu)。結(jié)合前文中的表征分析結(jié)果認(rèn)為，在pH=10的條件下制備樣品為BiOBr/Bi24O31Br10復(fù)合納米片粉體，該粉體具有較大的比表面積及較強(qiáng)的太陽光吸收能力，這有利于獲得較高的光催化活性。此外，與