第溴氧化鉍的制備及光催化實(shí)驗(yàn)探究案例目錄TOC\o"1-3"\h\u30572溴氧化鉍的制備及光催化實(shí)驗(yàn)探究案例 1180441.1溴氧化鉍的制備 1223381.2pH=1.6條件下樣品的X射線衍射圖譜分析 234541.3pH=1.6條件下樣品的掃描電子顯微鏡圖像分析 3188951.4pH=1.6條件下樣品的透射電子顯微鏡圖像分析 3280951.5溴氧化鉍對(duì)羅丹明B的光催化降解實(shí)驗(yàn) 4218801.6溴氧化鉍對(duì)羅丹明B的光催化實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 51.1溴氧化鉍的制備首先，量取5ml超純水和5ml過氧化氫攪拌混合均勻，記為A溶液。然后量取5ml氫溴酸加入A溶液，攪拌混合均勻，記為B溶液，此時(shí)溶液pH值為1.6。之后稱取1g高純單質(zhì)鉍粉加入B溶液，攪拌使鉍粉溶解，記為C溶液。最后將所得C溶液密封于50ml的聚四氟乙烯內(nèi)襯中，裝入不銹鋼反應(yīng)釜中，在120℃下進(jìn)行水熱反應(yīng)，時(shí)間為3h。反應(yīng)結(jié)束后，將內(nèi)襯中的水熱生成物離心洗滌，離心速度10000r?min-1，每次離心10min，離心4次。將離心所得產(chǎn)物在60℃空氣氣氛下連續(xù)干燥12h后，研磨得到白色固體粉末。將白色固體粉末在空氣氣氛下進(jìn)行燒結(jié)，升降溫速率2℃min-1，保溫溫度500℃，保溫時(shí)間2h。燒結(jié)結(jié)束后得到白色粉末，將粉末標(biāo)記為BiOBr，裝入樣品瓶內(nèi)保存?zhèn)溆?。?shí)驗(yàn)所得樣品粉末如圖3-1所示。圖3-1實(shí)驗(yàn)所制備的溴氧化鉍粉末照片1.2pH=1.6條件下樣品的X射線衍射圖譜分析為了分析制備所得的樣品粉末是否為目標(biāo)產(chǎn)物溴氧化鉍，對(duì)樣品進(jìn)行了X射線衍射分析。樣品的X射線衍射（XRD）圖譜通過BrukerD8ADVAANCE粉末衍射儀測試所得，測試范圍5-85°，掃描速率為4°min-1，射線源為CuKα，所得的XRD圖譜如圖3-2所示。通過圖中可以看出，樣品的X射線衍射圖譜與BiOBr標(biāo)準(zhǔn)衍射卡片（No.09-0393）一致，沒有其他雜峰存在，這說明實(shí)驗(yàn)所得樣品粉末為目標(biāo)產(chǎn)物溴氧化鉍。由于溶液中H2O2和HBr的存在，溴氧化鉍形成過程中可能發(fā)生的反應(yīng)如下：2Bi+2H2O2+2HBr→2BiOBr+2H2O+H2進(jìn)一步觀察還可以看到樣品的X射線衍射峰尖銳，這說明在經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)后，所得到的BiOBr的結(jié)晶性較好。通過謝樂公示計(jì)算BiOBr的晶粒尺寸可達(dá)30.65nm。這種良好的結(jié)晶性有利于光催化過程中載流子的遷移，提高載流子的分離效率，獲得優(yōu)異的光催化性能。圖3-2樣品粉末的X射線衍射圖譜1.3pH=1.6條件下樣品的掃描電子顯微鏡圖像分析為進(jìn)一步明確樣品的形貌特征，對(duì)實(shí)驗(yàn)所得樣品進(jìn)行了掃描電子顯微鏡（SEM）觀察，得到的SEM圖像如圖3-3所示。圖3-3樣品在不同放大倍數(shù)下的SEM圖像從圖3-3可以看出，在本試驗(yàn)中所制備的溴氧化鉍為形狀不規(guī)則的納米片結(jié)構(gòu)，納米片尺寸在100nm-1000nm之間（圖3-3a）。BiOBr粉末的這種片層狀結(jié)構(gòu)能夠獲得較高的比表面積，在光催化降解污染物過程中有利于污染物的吸附，從而獲得較高的光催化活性。圖3-3b為圖3-3a中紅框區(qū)域的放大圖像，從圖3-3b中可以看出，溴氧化鉍納米片的厚度在10-15nm之間。這種較薄的厚度能夠降低光生載流子的遷移距離，有利于光生載流子參與納米片表面的氧化還原反應(yīng)，從而提高光催化性能。1.4pH=1.6條件下樣品的透射電子顯微鏡圖像分析雖然從掃描電子顯微鏡圖像（圖3-3）中，溴氧化鉍呈現(xiàn)出典型的納米片狀結(jié)構(gòu)，但是由于掃描電子顯微鏡分辨率較低，無法得到BiOBr納米片中原子排布情況，我們對(duì)樣品進(jìn)行了進(jìn)一步的透射電子顯微鏡觀察，所得圖像如圖3-4所示。圖3-4所得樣品的透射電子顯微鏡圖像其中，圖3-4a為樣品的低倍透射電子顯微鏡圖像，可以從中清晰的看出溴氧化鉍為納米片結(jié)構(gòu)，納米片厚度均勻且結(jié)構(gòu)較為致密，并未發(fā)現(xiàn)有納米孔隙的存在。圖3-4b為樣品的高倍透射電子顯微鏡圖像，從圖中可以明顯的看出有晶格條紋的存在，經(jīng)過測量所得圖中晶格條紋間距為0.27nm，這與BiOBr的（110）晶面間距一致。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，晶面暴露情況也會(huì)影響B(tài)iOBr的光催化活性，由于內(nèi)建電場的存在，晶體取向的不同會(huì)影響光生載流子的分離效率，從而影響B(tài)iOBr的光催化性能。1.5溴氧化鉍對(duì)羅丹明B的光催化降解實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)中，配置10mg/L的羅丹明B溶液模擬污水。量取100ml羅丹明B溶液，稱量50mg樣品粉末加入溶液，以500r?min-1的速度攪拌。先將整個(gè)反應(yīng)體系置于黑暗環(huán)境中進(jìn)行黑暗吸附，每隔一定時(shí)間取樣測試體系中的羅丹明B濃度，待羅丹明B濃度不再降低，將體系轉(zhuǎn)入預(yù)熱好的光源下開始光下催化。試驗(yàn)中采用200瓦氙燈光源，調(diào)節(jié)光強(qiáng)設(shè)置為兩個(gè)光強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)中每隔五分鐘取樣離心，使用紫外-可見分光光度計(jì)測試一次樣品的吸收強(qiáng)度，測量結(jié)束續(xù)將測試溶液與離心粉末全部重新加入反應(yīng)體系，以確保實(shí)驗(yàn)中總量維持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的程度。實(shí)驗(yàn)中，取開始加光的時(shí)間點(diǎn)為反應(yīng)起始時(shí)間0分鐘，此時(shí)的樣品吸收濃度為C0，之后每隔五分鐘取樣測量一次，記錄濃度數(shù)據(jù)，以C/C0做圖像分析催化反應(yīng)速率。得到如圖3-5所示的羅丹明B降解曲線。圖3-5溴氧化鉍的羅丹明B光催化降解曲線1.6溴氧化鉍對(duì)羅丹明B的光催化實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析圖3-5為實(shí)驗(yàn)所制備BiOBr的粉末的光催化降解羅丹明B曲線。從圖中可以看出，在太陽光照射下，羅丹明B溶液濃度幾乎沒有降低，隨著BiOBr粉末的加入，羅丹明B的降解速度得到大幅提高。經(jīng)過約25分鐘的時(shí)間，羅丹明B的降解率可以達(dá)到98.5%，這說明我們所制備的BiOBr對(duì)羅丹明B具有良好的光催化降解作用。BiOBr帶隙寬度約為2.7eV，在模擬太陽光照射下，溴氧化鉍價(jià)帶中電子躍遷至導(dǎo)帶，在價(jià)帶和導(dǎo)帶中形成電子空穴對(duì)，電子空穴對(duì)遷移至BiOBr表面后可以形成超氧基自由基（?O2-）這一活性物質(zhì)，?O2-通過氧化還原反應(yīng)將羅丹明B分子分解。此外，光生空穴也可以直接將羅丹明B分子分解。光催化過程中可能發(fā)生的反應(yīng)如下：BiOBr+hv(>2.7eV)→h++e-（3-1）e-+O2→?O2-