鍋法制備Bi2S3BiOBr復(fù)合材料及可見(jiàn)光催化性能的研究 材料學(xué)專業(yè)

1、一鍋法制備Bi2S3/BiOBr復(fù)合材料及可見(jiàn)光催化性能的研究【摘要】: 合成Bi2S3/BiOBr復(fù)合材料的前驅(qū)體包括五水合硝酸鉍、硫脲、溴化鉀等，通過(guò)采用模板劑曲拉通100與D-山梨醇，一鍋法合成目的產(chǎn)物，將復(fù)合材料Bi2S3/BiOBr應(yīng)用在羅丹明B降解中，采用50W LED燈作為光源。樣品的表征手段包括紫外-可見(jiàn)漫反射光譜儀和紅外光譜儀等。分別研究溴氧化鉍、硫化鉍和Bi2S3/BiOBr復(fù)合材料的光催化性能，通過(guò)改變Bi2S3和BiOBr的混合比例（10%、20%、33.3%、50%），尋求最優(yōu)組合。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析確定：復(fù)合材料的制備溫度和時(shí)間分別為160和12h，混合比例為20%

2、的Bi2S3/BiOBr對(duì)羅丹明B降解的催化性能最優(yōu)，可以實(shí)現(xiàn)99.8%的降解率，同時(shí)重復(fù)實(shí)驗(yàn)表明復(fù)合材料對(duì)染料的三次降解率都超過(guò)93.8%。【關(guān)鍵詞】:氯氧化鉍; 復(fù)合材料; 羅丹明B; 硫化鉍1前言隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)能源的需求量也越來(lái)越高，這推動(dòng)了化工行業(yè)的發(fā)展，由此也帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，危害人們的身心健康。光催化參考文獻(xiàn) Lijuan Jiang,Yajun Wang,Changgen Feng. Application of Photocatalytic Technology in Environmental SafetyJ. Procedia Engineering,2012,

3、45.作為一種新興的污染治理技術(shù)日趨得到研究者的重視 趙巾巾.光催化技術(shù)在環(huán)境治理方面的研究概述J.山西化工,2020,40(01):24-25+30.，光催化作為一種新興的治理污染的技術(shù)日趨得到研究者的重視，推動(dòng)了人們對(duì)半導(dǎo)體光催化劑的深入研究，其中研究最為廣泛最為深入的光催化劑就是二氧化鈦半導(dǎo)體材料 杜藝杰.二氧化鈦基光催化劑的時(shí)間分辨光譜與動(dòng)力學(xué)研究D.導(dǎo)師：翁羽翔.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院物理研究所),2020.。雖然經(jīng)過(guò)多年研究，但二氧化鈦半導(dǎo)體材料的很多弊病仍然沒(méi)有克服，于是科學(xué)家們開(kāi)始探索新型光催化材料，新型鉍系光催化材料由于其獨(dú)特的性質(zhì)進(jìn)入研究者的視線 姚黎平.鉍系半導(dǎo)體光催

4、化劑的改性及其光催化性能研究D.導(dǎo)師：陳志武.華南理工大學(xué),2020。其在處理環(huán)境污染方面具有巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值等著我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)。光催化技術(shù)在處理廢水方面顯示了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)在日常生活的應(yīng)用也非常全面Tab Asma,Dahmane Mohamed,Belabed Chemseddin,Bellal Bachir,Richard Claire,Trari Mohamed. High efficiency photocatalytic degradation of Ambroxol over Mn doped TiO2: Experimental designs, identification

5、of transformation products, mineralization and mechanismJ. Science of the Total Environment,2021,780.，包括空氣凈化、塑料垃圾處理、農(nóng)用薄膜處理以及廚房用具凈化等。根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研，研究者普遍認(rèn)為半導(dǎo)體材料對(duì)印染行業(yè)產(chǎn)生的廢水中的染料具有突出的降解效果 汪言滿.半導(dǎo)體光催化氧化法處理印染廢水的研究D.導(dǎo)師：陳達(dá)美;黎碧娜.廣東工業(yè)大學(xué),2002.。同時(shí)光催化氧化技術(shù)，在處理有機(jī)污染物中得到了具體應(yīng)用，可以顯著減少毒性 王鑫,王丹丹,鄭永杰,田景芝,荊濤.N-Al/TiO_2催化劑的制備及可見(jiàn)光降解染

6、料J.精細(xì)化工,2018,35(08):1325-1330.；而且，光催化的應(yīng)用并不局限于此，在對(duì)酸根離子、重金屬離子的降解和汽車尾氣的處理中都具有很好的性能 何凡.磁性離子印跡光催化劑選擇性去除重金屬離子同時(shí)降解四環(huán)素殘留的性能與機(jī)理研究D.導(dǎo)師：吳向陽(yáng).江蘇大學(xué),2019.。因此，可以發(fā)現(xiàn)光催化氧化技術(shù)已經(jīng)和我們的生活密不可分，在環(huán)境污染治理方面發(fā)揮了不可替代的作用。鉍系半導(dǎo)體材料中，BiOI催化劑同時(shí)具備優(yōu)良的催化性能和良好的可見(jiàn)光吸收性能，在降解染料和有機(jī)污染物方面具有明顯的優(yōu)勢(shì) 唐健. 鉍系半導(dǎo)體及其復(fù)合材料的制備與光催化降解有機(jī)污染物的研究D.揚(yáng)州大學(xué),2019.。對(duì)此很多學(xué)者進(jìn)行

7、了深入研究，Shu系統(tǒng)研究了球狀BiOI催化材料的光催化性能，發(fā)現(xiàn)該催化材料同時(shí)具備優(yōu)良的催化性能和光吸收性能。同時(shí)穩(wěn)定性測(cè)試實(shí)驗(yàn)表明該催化劑催化性能穩(wěn)定 樊凱悅. 可見(jiàn)光照下BiOI/FeOOH復(fù)合光催化劑催化H_2O_2降解羅丹明B研究D.哈爾濱工業(yè)大學(xué),2020.。chaIlg進(jìn)一步證實(shí)了BiOI催化劑的染料降解方面具有廣闊的應(yīng)用空間，他們通過(guò)水熱法得到Nitride/BiOI，呈現(xiàn)微球結(jié)構(gòu)，考察了該催化材料對(duì)甲基橙的降解效果，證實(shí)了該催化材料優(yōu)良的催化性能 周田田. BiOI基復(fù)合光催化劑的制備及其可見(jiàn)光催化性能研究D.濟(jì)南大學(xué),2020.。經(jīng)過(guò)對(duì)BiOI的系統(tǒng)研究，學(xué)者們探索了對(duì)Bi

8、OI改性的各種方法，比如su等通過(guò)探索BiOI自摻雜的方法，發(fā)現(xiàn)摻雜碘離子不一樣時(shí)，催化性能會(huì)相應(yīng)發(fā)生改變 熊桂洪. 碘氧化鉍及其異質(zhì)結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑和光降解性能研究D.哈爾濱工業(yè)大學(xué),2013.。wu等研究了離子液體對(duì)BiOI催化材料制備過(guò)程和性能的影響，通過(guò)采用離子型液體的碘源，結(jié)合溶劑熱法得到了空心微球結(jié)構(gòu)的催化材料，系統(tǒng)研究了該形貌的生成機(jī)理，得出結(jié)果：引入的離子液體，不僅提供了碘離子而且還充當(dāng)了模板的作用 文彥佳. 碘氧化鉍的制備及其生長(zhǎng)機(jī)理和光催化性能的研究D.陜西師范大學(xué),2017.。所以，與研究成熟的TiO2半導(dǎo)體材料相比，BiOBr催化材料具有突出的優(yōu)勢(shì)，其催化性能更為優(yōu)異，逐漸取

9、代TiO2半導(dǎo)體材料成為新的研究重心Gao Zhanyao,Yao Binghua,Xu Tiantian. Comparative study on photocatalytic material activity of BiOBr flower microspheres and sheet structureJ. Environmental Technology,2021,42(9).。BiOBr作為一種新型的半導(dǎo)體材料，呈現(xiàn)四方氟氯鉛礦結(jié)構(gòu)，其最突出的特點(diǎn)是禁帶寬度較窄，可見(jiàn)光吸收性能優(yōu)異。BiOBr催化劑的合成方法多樣，文獻(xiàn)中進(jìn)行了很多報(bào)道。陳穎等人成功合成出了具有納米片結(jié)構(gòu)的BioB

10、r催化劑 陳穎,孫男男,孫露露,孟慶剛,梁宏寶.負(fù)載型Ni/BiOBr可見(jiàn)光催化劑的制備及性能J.功能材料,2013,44(17):2570-2573.、陳肖肖等人則采用微波法制備出了BiOBr的納米片結(jié)構(gòu) 陳肖肖,張淑娟.微波輔助法制備Ba(2+)摻雜BiOBr催化劑及其光催化性能J.天津科技大學(xué)學(xué)報(bào),2020,35(01):51-56.。但是，光催化活性只有通過(guò)合理改性，性能才會(huì)得以有效提升，這推動(dòng)了學(xué)者們對(duì)BiOBr半導(dǎo)體材料的改性，提升了光催化性能 李秀麗. 新型半導(dǎo)體材料BiOBr的改性制備及其光催化性能研究D.太原理工大學(xué),2014.，獲得了顯著成效。同時(shí)，研究者們通過(guò)系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)

11、：該催化材料的催化性能和其他半導(dǎo)體材料的復(fù)合密切相關(guān)，所以，我用一鍋法 賈雪梅. 摻雜型BiOBr_xI_(1-x)光催化劑的制備、負(fù)載及其電子空穴分離效率增強(qiáng)機(jī)制D.淮北師范大學(xué),2016.制備出Bi2S3/BiOBr的復(fù)合材料光催化劑，把羅丹明B作為目標(biāo)降解物，充分討論其在可見(jiàn)光的光照下，系統(tǒng)研究了混合比例對(duì)復(fù)合催化劑光催化性能的影響，探索對(duì)羅丹明B具有最優(yōu)降解效果的混合比例。2實(shí)驗(yàn)材料和方法2.1實(shí)驗(yàn)材料和儀器表1 實(shí)驗(yàn)材料Table 1 experimental materials表2 實(shí)驗(yàn)儀器Table 1 experimental materials2.2實(shí)驗(yàn)方法2.2.1 溴氧化

12、鉍（BiOBr）的合成 根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，采用標(biāo)準(zhǔn)的合成方法。首先制備硝酸鉍的乙二醇溶液，稱量1.4552g的五水合硝酸鉍（3mmol）置于燒杯中，量取20ml乙二醇緩慢加入到其中，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆虻玫较跛徙G的乙二醇溶液?；旌暇鶆蚝螅尤?ml曲拉通100，繼續(xù)攪拌30min。在另一個(gè)燒杯中配備溴化鉀的水溶液，稱取0.3571g溴化鉀（3mmol）加入到燒杯中，加入15ml去離子水溶解溴化鉀，隨后加入0.9109g D-山梨醇，通過(guò)震蕩保證完全溶解。待加入曲拉通100的硝酸鉍的乙二醇溶液攪拌完成后，將配備的溴化鉀水溶液加入到其中繼續(xù)攪拌15min。完成后進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度為160反應(yīng)時(shí)間為12

13、小時(shí)。水熱反應(yīng)完成后需要對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行洗滌抽濾，分別用去離子水和無(wú)水乙醇對(duì)產(chǎn)物洗滌抽濾3至4次。完成后進(jìn)行干燥，在60的烘箱中干燥4至6小時(shí)得到BiOBr 安偉佳. BiOBr復(fù)合光催化劑的制備及活性研究D.華北理工大學(xué),2015.。2.2.2 硫化鉍（Bi2S3）的合成把300 mg的五水合硝酸鉍固體粉末加入小燒杯A中再加入40 mL的去離子水，充分?jǐn)嚢?0分鐘，接著把600 mg的硫脲固體粉末加入上述小燒杯A混合溶液中，繼續(xù)充分?jǐn)嚢?0分鐘可以得到澄清透明的混合溶液。再將該混合溶液轉(zhuǎn)移到50 mL的反應(yīng)釜中，使其在160 條件下反應(yīng)12小時(shí)。等到自然冷卻到室溫后，開(kāi)始收集反應(yīng)釜中的沉淀物,接著

14、用去離子水和無(wú)水乙醇對(duì)沉淀物進(jìn)行洗滌抽濾3次，最后放進(jìn)60的烘箱中干燥4到6個(gè)小時(shí)就能得到想要的Bi2S3產(chǎn)物 尹健. 納米Bi_2S_3及其復(fù)合材料的可控制備與光催化性質(zhì)研究D.安徽大學(xué),2018.A pot of Legal Prepared Bi2S3/BiOBr composites and visible light catalytic properties Collage of Life scicaces and Chemistry Applied chemistry Major122572017008 Chen Meihua Instructor: Ma Rong Abstrac

15、t : The precursors for the synthesis of Bi2S3/BiOBr composite materials include bismuth nitrate pentahydrate, thiourea, potassium bromide, etc., by using the template agent Triton 100 and D-sorbitol to synthesize the target product in one pot, and the composite material Bi2S3/BiOBr Applied in the de

16、gradation of Rhodamine B, a 50W LED lamp is used as the light source. The sample characterization methods include ultraviolet-visible diffuse reflectance spectrometer and infrared spectrometer. The photocatalytic properties of bismuth oxybromide, bismuth sulfide and Bi2S3/BiOBr composite materials w

17、ere studied respectively, and the optimal combination was sought by changing the mixing ratio of Bi2S3 and BiOBr (10%, 20%, 33.3%, 50%). Through the analysis of the experimental results, it is determined that the preparation temperature and time of the composite material are 160 and 12h, respectivel

18、y, and the Bi2S3/BiOBr with a mixing ratio of 20% has the best catalytic performance for the degradation of rhodamine B, which can achieve a degradation rate of 99.8%, and at the same time Repeated experiments show that the three degradation rates of composite materials to dyes all exceed 93.8%. key

19、 words : Bismuth oxychloride; composite; Rhodamine B; Bismuth Sulfide。2.2.3 用一鍋法制備不同比例的Bi2S3/BiOBr復(fù)合材料（1）Bi2S3/BiOBr混合比例為10%時(shí)：首先制備硝酸鉍的乙二醇溶液，稱量1.4552g的五水合硝酸鉍（3mmol）加入到燒杯A中，加入20ml乙二醇，攪拌均勻保證五水合硝酸鉍混合均勻。另外再稱取0.3213g溴化鉀（90%）和0.0343g硫脲（10%）加入小燒杯B中，接著加入15ml去離子水于小燒杯B中進(jìn)行震蕩溶解。待燒杯A中的五水合硝酸鉍混合均勻后，將小燒杯B中的溶液緩慢加入到燒杯

20、A中，繼續(xù)維持?jǐn)嚢?5分鐘。結(jié)束后進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度為160反應(yīng)時(shí)間為12小時(shí)，保證水熱反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫。之后采用去離子水和無(wú)水乙醇分別洗滌抽濾3到4次，得到沉淀物。隨后對(duì)沉淀物進(jìn)行干燥，在60下干燥4至6個(gè)小時(shí)得到復(fù)合材料。（2）相同的制備方法，改變小燒杯B中反應(yīng)物的加入量，分別加入0.2856g溴化鉀（80%）和0.0685g硫脲（20%）、0.2381g溴化鉀（66.7%）和0.1141g硫脲（33.3%）、0.1785g溴化鉀（50%）和0.1713g硫脲（50%）加入15ml去離子水于小燒杯B中使其溶解，保證充分溶解。待燒杯A中的五水合硝酸鉍混合均勻后，將小燒杯B中的溶液緩慢

21、加入到燒杯A中，繼續(xù)維持?jǐn)嚢?5分鐘。結(jié)束后進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度為160反應(yīng)時(shí)間為12小時(shí)，保證水熱反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫。之后采用去離子水和無(wú)水乙醇分別洗滌抽濾3到4次，得到沉淀物。隨后對(duì)沉淀物進(jìn)行干燥，在60下干燥4至6個(gè)小時(shí)得到復(fù)合材料。2.2.4 紫外-可見(jiàn)漫反射吸收光譜(UV-8000)紫外可見(jiàn)光譜吸收是常見(jiàn)的表征方法，它的原理是樣品在經(jīng)過(guò)紫外或者可見(jiàn)光照射，內(nèi)部電子發(fā)生躍遷，導(dǎo)致吸收光譜的產(chǎn)生。該表征手段在物質(zhì)的定性和定量實(shí)驗(yàn)中都得到了廣泛應(yīng)用，其測(cè)定機(jī)理是：物質(zhì)都有自己特定的最大吸收峰，濃度改變時(shí)，峰位置保持固定，改變的是吸收光的強(qiáng)度。朗伯比爾定律的使用，保證了定量分析的準(zhǔn)確性：

22、 A=lg(1/T)=Kbc本實(shí)驗(yàn)中對(duì)樣品的表征采用的儀器是UV-8000型分光光度計(jì)。2.2.5 紅外光譜測(cè)定樣品紅外光譜的測(cè)試儀器是島津紅外光譜儀，測(cè)定的波長(zhǎng)范圍是4000400cm-1。具體操作步驟如下：首先將化鉀與樣品按照200:1的比例混合均勻，之后用研缽研磨成粉末，將粉末放置在成型器中鋪平，隨后進(jìn)行壓片，壓片壓力為20 MPa。完成后即可放入光譜儀中進(jìn)行表征。2.2.6 光催化性能的測(cè)定（1）配制10mg/L的羅丹明B溶液作為降解對(duì)象，光源采用50W的LED燈，測(cè)試催化材料對(duì)溶液的降解效果。稱量0.015g 20%Bi2S3/BiOBr的復(fù)合材料，在燒杯中加入200ml配備好的10

23、mg/L羅丹明B溶液，在黑暗條件下維持?jǐn)嚢?0分鐘。結(jié)束后，抽取5ml左右的溶液置于離心管中進(jìn)行離心3分鐘，轉(zhuǎn)速為8000r/min。取上清液倒入玻璃比色皿中，隨后用紫外分光光度計(jì)在波長(zhǎng)554nm和630nm處分別測(cè)量吸光度。同時(shí)打開(kāi)功率為50W的 LED燈對(duì)溶液進(jìn)行光反應(yīng)，在光反應(yīng)期間每次間隔10分鐘抽取一次5ml左右的樣品，一共抽取樣品六次，在樣品上進(jìn)行標(biāo)記A1、A2、A3、A4、A5、A6。每次取樣后都要進(jìn)行相同的步驟，測(cè)量完成后，一定要測(cè)量原始溶液的吸光度，記為A。降解率Br=(C0-C)/C0100%=(A0-A)/A0100%其中：C0代表羅丹明B溶液反應(yīng)前的濃度 C代表羅丹明B溶

24、液反應(yīng)后的濃度 A0代表加入光照前羅丹明B溶液的吸光度 A代表加入光照后羅丹明B溶液的吸光度2.2.7 復(fù)合光催化劑的重復(fù)循環(huán)測(cè)試（1） 同樣采用相同的降解對(duì)象10mg/L 的羅丹明B溶液，稱量0.015g 20% 的Bi2S3/BiOBr復(fù)合材料，加入到溶液中，對(duì)樣品進(jìn)行標(biāo)記，標(biāo)記位置是液面最高處。（2）在黑暗條件下進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)長(zhǎng)為30分鐘。用功率為50W的 LED燈作為光源進(jìn)行光反應(yīng)，每隔10分鐘對(duì)樣品進(jìn)行抽取，隨后進(jìn)行離心處理，離心機(jī)轉(zhuǎn)速為8000r/min，離心時(shí)間3分鐘。結(jié)束后，用紫外分光光度計(jì)在波長(zhǎng)554nm和630nm處分別測(cè)量吸光度。（3）維持?jǐn)嚢?，引?0W的 LED燈作

25、為光源，使得光催化反應(yīng)得以進(jìn)行，直到羅丹明B完全降解。隨后繼續(xù)加入2mL 1g/L的羅丹明B母液，加入去離子水保證液面與開(kāi)始持平，再進(jìn)進(jìn)行步驟（2），該實(shí)驗(yàn)要進(jìn)行3次重復(fù)實(shí)驗(yàn)。2.2.8 抑制劑實(shí)驗(yàn)測(cè)試研究加入抑制劑對(duì)催化性能的影響。通過(guò)改變抑制劑的種類，研究不同的抑制劑種類對(duì)光催化降解性能的影響，并與沒(méi)有抑制劑的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而確定催化過(guò)程中的活性物質(zhì)。首先稱量0.015g 20%的 Bi2S3/BiOBr復(fù)合材料，同樣采用10 mg/L的羅丹明B作為降解對(duì)象，體積為200ml。隨后依次采用不同的抑制劑進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，分別為對(duì)苯醌0.0108g、異丙醇5ml、EDTA二鈉0.0744g、過(guò)氧

26、化氫酶0.0294g、重鉻酸鉀0.0294g。在黑暗條件下維持?jǐn)嚢?0分鐘，暗反應(yīng)完成后，再將功率為50W的 LED燈開(kāi)啟。也是每次間隔10分鐘抽取一次樣品，一共抽取6次，每次抽取樣品后進(jìn)行離心處理，離心機(jī)轉(zhuǎn)速為8000r/min，離心時(shí)間3分鐘。完成后用紫外分光光度計(jì)進(jìn)行吸光度的測(cè)量。2.2.9 不同波長(zhǎng)對(duì)樣品的光催化測(cè)定采用相同的降解對(duì)象10mg/L的羅丹明B溶液，分別采用不同顏色的燈作為光源：白色、黃色、藍(lán)色和綠色，功率相同為4w，進(jìn)行降解測(cè)試。首先稱量0.015g 20% Bi2S3/BiOBr復(fù)合材料，加入到羅丹明B溶液中，體積為200ml。首先進(jìn)行暗反應(yīng)，避光條件下維持?jǐn)嚢?0分鐘

27、，抽取樣品，標(biāo)記為B0。間隔10分鐘進(jìn)行取樣，進(jìn)行6次取樣。取樣后都要放進(jìn)離心機(jī)中進(jìn)行離心處理，之后在測(cè)量產(chǎn)物的吸光度。2.2.10 復(fù)合型光催化劑的光電流測(cè)定電化學(xué)測(cè)試采用的儀器是CHI660E-電化學(xué)工作站(上海辰華)，使用三電極石英比色池，輔助電極采用鹽橋，參比電極采用飽甘汞電極，分別把BiOBr和20% Bi2S3/BiOBr復(fù)合材料作為工作電極材料，將0.1mol/L的 Na2SO4溶液作為電解質(zhì)溶液。分別制備工作電極：依次稱取0.01-0.02g的BiOBr、Bi2S3和20%Bi2S3/BiOBr復(fù)合材料，進(jìn)行研磨。分別將粉末與杜邦膠水混合得到漿料，涂覆在1cm*5cm銦錫氧化物

28、(TTO)玻璃上，在60下干燥30分鐘。結(jié)束后在工作電極上進(jìn)行測(cè)試，得到光性能進(jìn)行對(duì)比。采用計(jì)時(shí)電流法在20秒的明暗相間的照射下，施加電壓0V，測(cè)定光電流隨時(shí)間的變化曲線。3 結(jié)果與分析3,1 結(jié)構(gòu)表征3,1,1 DRS分析圖1 BiOBr復(fù)合材料和10%/20%/33.3% Bi2S3/BiOBr復(fù)合材料的紫外可見(jiàn)吸收光譜Figure.1 Uv-vis Absorption Spectra of BiOBr composites and 10%/20%/33.3% Bi2S3/BiOBr composites圖2 BiOBr復(fù)合材料和Bi2S3/BiOBr復(fù)合材料的（ahv）1/2相比hv的

29、曲線圖Figure.2 Curves of BiOBr composites versus Bi2S3/BiOBr composites (AHV)1/2 HV根據(jù)圖1分析，可以發(fā)現(xiàn)純的BiOBr復(fù)合材料和Bi2S3/BiOBr復(fù)合材料對(duì)紫外光都具備很好的吸收，而對(duì)波長(zhǎng)大于350nm的可見(jiàn)光缺乏優(yōu)異的吸光能力。光催化劑的禁帶寬度Eg與光催化性能存在密切關(guān)系，Eg越小，電子就越容易發(fā)生躍遷，進(jìn)而光催化進(jìn)行的難度也會(huì)下降。其中，BiOBr、10% Bi2S3/BiOBr、20% Bi2S3/BiOBr、33.3% Bi2S3/BiOBr禁帶寬度分別是0.16ev、1.12ev、1.80ev、2.0

30、6ev。3.1.2紅外光譜分析 圖3 BiOBr、Bi2S3和比例為20% Bi2S3/BiOBr復(fù)合材料的紅外光譜圖Figure.3 Ir Spectra of pure BiOBr, Bi2S3 and 20% Bi2S3/BiOBr composites圖3是純的BiOBr、Bi3S2和比例為20% Bi2S3/BiOBr復(fù)合材料的紅外光譜圖。如圖所示20% Bi2S3/BiOBr的紅外光譜圖中在3447cm-1、2922cm-1、2850cm-1、1610cm-1、1378cm-1、1110cm-1、617cm-1及518cm-1處存在明顯的吸收峰，其中在3447cm-1處的吸收峰為水

31、分子的-OH的伸縮振動(dòng)，說(shuō)明復(fù)合物表面存在微量水分子；2922cm-1、2850cm-1處的吸收峰為C-H的對(duì)稱及反對(duì)稱伸縮振動(dòng)，可能為實(shí)驗(yàn)殘留有機(jī)物造成；在1610cm-1、1378cm-1、1110cm-1及518cm-1處的吸收峰為BiOBr材料中B-O鍵伸縮振動(dòng)引起；由于BiOBr的拉曼峰相對(duì)較強(qiáng)，掩蓋了Bi2S3的特征峰，因而無(wú)法在20% Bi2S3/BiOBr的紅外圖中觀察到Bi2S3中。但相比BiOBr紅外光譜，在617cm-1處產(chǎn)生了新的吸收峰，此處的吸收峰可能由于Bi2S3與BiOBr相互作用引起，說(shuō)明成功制備了20%的Bi2S3/BiOBr復(fù)合材料。3.2 光催化性能3.2

32、.1不同比例 圖4-1復(fù)合材料對(duì)羅丹明B的降解曲線 圖4-2復(fù)合材料對(duì)羅丹明B的降解率 圖4-3復(fù)合材料對(duì)羅丹明B的降解速率擬合線 圖4-4復(fù)合材料對(duì)羅丹明B的降解速率圖4 BiOBr與不同比例Bi2S3/BiOBr復(fù)合材料對(duì)羅丹明B的降解曲線及降解率和降解率常數(shù)K圖Figure.4 Degradation curve, degradation rate and degradation rate constant k diagram of BiOBr and Bi2S3/BiOBr composites with different ratios to Rhodamine B根據(jù)圖4分析可得，

33、Bi2S3/BiOBr復(fù)合材料的催化性能明顯優(yōu)于BiOBr復(fù)合材料，對(duì)羅丹明B的降解效果更為突出。通過(guò)對(duì)不同混合比例的Bi2S3/BiOBr的催化性能進(jìn)行觀察，可以發(fā)現(xiàn)20%為最優(yōu)的混合比例，其催化性能最佳。Bi2S3可以提高電子-空穴對(duì)復(fù)合效率，表明Bi2S3和BiOBr之可以相互促進(jìn)，進(jìn)而提升了催化性能。同時(shí)值得注意的是50%的 Bi2S3/BiOBr復(fù)合材料光催化性能最差，它比沒(méi)有復(fù)合之前的BiOBr效果還要差一點(diǎn)，不過(guò)隨著B(niǎo)i2S3不同比例的加入，復(fù)合型催化劑效果有很大的提高，根據(jù)降解率和降解速率常數(shù)K圖，可以確定20%的 Bi2S3/BiOBr復(fù)合材料的催化性能最佳，對(duì)羅丹明B的降解

34、效果最為優(yōu)異，同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)該復(fù)合材料對(duì)羅丹明B的降解速率常數(shù)明顯高于其他混合比例的復(fù)合材料。純Bi2S3復(fù)合材料的光催化性能最低，明顯低于另外兩種材料。 3.3 復(fù)合光催化劑的重復(fù)循環(huán)實(shí)驗(yàn) 圖5-a 20%16012h Bi2S3/BiOBr重復(fù)循環(huán)降解曲線 圖5-b 20%16012hBi2S3/BiOBr重復(fù)循環(huán)降解率圖5 20%16012h Bi2S3/BiOBr復(fù)合光催化劑對(duì)羅丹明B的重復(fù)循環(huán)降解曲線及斜率 Figure.5 Recycling degradation curve and slope of Rhodamine B by Bi2S3/ BiOBR composite ph

35、otocatalyst at 20% 160 for 12h從圖5我們可以觀察到，0.015g的Bi2S3/BiOBr復(fù)合材料在首次反應(yīng)60分鐘時(shí)實(shí)現(xiàn)了羅丹明B的完全降解，第二次循環(huán)實(shí)驗(yàn)室，降解率沒(méi)有明顯下降，仍然達(dá)到99.46%，第三次重復(fù)循環(huán)實(shí)驗(yàn)對(duì)羅丹明B的降解率達(dá)任然高達(dá)96.78%。因此比例為20%的16012h Bi2S3/BiOBr復(fù)合材料的降解性能不會(huì)出現(xiàn)顯著下降。通過(guò)這組實(shí)驗(yàn)證明比例為20%的16012h的Bi2S3/BiOBr復(fù)合光催化劑具有優(yōu)異的催化穩(wěn)定性，所以具有廣泛的應(yīng)用前景，同時(shí)Bi2S3進(jìn)入晶格會(huì)相對(duì)固定，不會(huì)發(fā)生游離出來(lái)造成二次污染。 3,4 抑制劑實(shí)驗(yàn)圖6-a

36、20%16012h Bi2S3/BiOBr抑制劑降解曲線 圖6-b 20%16012h Bi2S3/BiOBr抑制劑降解率圖6 五種抑制劑對(duì)20%16012h Bi2S3/BiOBr催化劑對(duì)羅丹明B的降解曲線圖Figure.6 Degradation curve of Rhodamine B on a 20%16012h Bi2S3/ BiOBR catalyst by five inhibitors為了明確光催化反應(yīng)過(guò)程中的活性組分，我們通過(guò)在測(cè)試中添加抑制劑進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。由上圖可以看出，加入重鉻酸鉀、過(guò)氧化氫酶、丙二醇等使得比例為20%的 Bi2S3/BiOBr對(duì)羅丹明B的降解效果有了大幅度的下降；但是EDTA 二鈉和對(duì)苯醌沒(méi)有對(duì)降解效果產(chǎn)生明顯影響，我們推測(cè)產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是：不同的抑制劑對(duì)應(yīng)的犧牲劑是不同的：苯醌對(duì)應(yīng)超氧自由基（O2-）、EDTA 二鈉對(duì)應(yīng)光生空穴（H+）、異丙醇對(duì)應(yīng)羥基自由基（OH）；過(guò)氧化氫酶的作用是抑制電子，重鉻酸鉀的作用是抑制電子。所以，可以得出結(jié)論光催化反應(yīng)過(guò)程中的主要活性物質(zhì)有光生空穴、過(guò)氧化氫、電子和超氧自由基，不包含羥基自由基。3.5 不同波長(zhǎng)對(duì)樣品光催化的影響 圖7-1 復(fù)合材料對(duì)羅丹明B的降解曲線 圖7-2復(fù)合材料對(duì)羅丹明B的降解率 圖7-3 復(fù)合材料對(duì)羅丹明B的降解擬合線 圖7-4 復(fù)合材料對(duì)羅丹明B的降