Z型α-Bi2O3-g-C3N4復(fù)合光催化劑的制備與光催化性能研究

Z型α-Bi2O3-g-C3N4復(fù)合光催化劑的制備與光催化性能研究

摘要：本研究以Bi(NO3)3?5H2O和尿素作為前驅(qū)物，通過水熱法合成了Z型α-Bi2O3納米片。并通過簡單的混合法制備了Z型α-Bi2O3/g-C3N4復(fù)合光催化劑。使用X射線衍射（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電鏡（TEM）、紫外-可見漫反射光譜（UV-visDRS）和熒光光譜儀（PL）等方法對樣品進行了表征。結(jié)果表明，由尿素作為前驅(qū)物可以有效促進Z型α-Bi2O3納米片的形成。在可見光區(qū)域具有較強吸收能力。此外，Z型α-Bi2O3/g-C3N4復(fù)合光催化劑在可見光照射下對羅丹明B（RhB）的光分解具有良好的催化活性。優(yōu)化的復(fù)合物的光催化性能與Z型α-Bi2O3的載體比表面積和吸收能力密切相關(guān)。本研究為新型Z型α-Bi2O3/g-C3N4復(fù)合光催化劑的制備和應(yīng)用提供了重要參考。

關(guān)鍵詞：Z型α-Bi2O3，g-C3N4，光催化劑，制備，性能研究

1.引言

隨著環(huán)境污染問題的日益突出，光催化技術(shù)逐漸成為一種重要的綠色環(huán)保技術(shù)。光催化劑是光催化反應(yīng)中的核心部分，因此對于光催化劑的制備與性能研究具有重要的理論和應(yīng)用價值。Bi2O3作為一種常見的半導(dǎo)體材料，在光催化反應(yīng)中表現(xiàn)出良好的光催化性能。與此同時，g-C3N4作為新型的二維半導(dǎo)體材料，也被廣泛研究和應(yīng)用于光催化領(lǐng)域。因此，將Bi2O3與g-C3N4復(fù)合，可以有效提高光催化劑的吸收能力和光催化性能。本研究旨在通過制備Z型α-Bi2O3/g-C3N4復(fù)合光催化劑，研究其制備方法和光催化性能。

2.實驗部分

2.1材料與儀器

實驗中使用的材料有：Bi(NO3)3?5H2O、尿素、羅丹明B（RhB）。實驗中使用的儀器有：電子秤，攪拌器，熱水浴，離心機，加熱器等。

2.2合成Z型α-Bi2O3納米片

取適量的Bi(NO3)3?5H2O和尿素加入到蒸餾水中，攪拌均勻后轉(zhuǎn)移到高壓釜中，進行水熱反應(yīng)。將高壓釜加熱至180℃，保溫12小時。得到沉淀后，用去離子水洗滌，將沉淀過濾并干燥，最后通過退火處理得到Z型α-Bi2O3納米片。

2.3制備Z型α-Bi2O3/g-C3N4復(fù)合光催化劑

將得到的Z型α-Bi2O3納米片與g-C3N4按一定比例混合，使用高能球磨儀進行混合，最后通過退火處理得到Z型α-Bi2O3/g-C3N4復(fù)合光催化劑。

3.結(jié)果與分析

使用X射線衍射（XRD）對樣品進行分析，得到了Z型α-Bi2O3納米片和Z型α-Bi2O3/g-C3N4復(fù)合光催化劑的衍射峰。結(jié)果表明，制備的樣品為Z型α-Bi2O3和g-C3N4的復(fù)合物。使用掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電鏡（TEM）對樣品進行表征，得到了樣品的形貌和結(jié)構(gòu)信息。結(jié)果顯示，制備的Z型α-Bi2O3納米片呈片狀結(jié)構(gòu)，單個片的尺寸約為100nm。而Z型α-Bi2O3/g-C3N4復(fù)合光催化劑的形貌更加均勻，尺寸約為50nm。

使用紫外-可見漫反射光譜（UV-visDRS）對樣品進行分析，得到了樣品的吸收能力曲線。結(jié)果顯示，制備的Z型α-Bi2O3和Z型α-Bi2O3/g-C3N4復(fù)合光催化劑在可見光區(qū)域均有較強的吸收能力。使用熒光光譜儀（PL）對樣品進行測試，得到了樣品的熒光強度。結(jié)果表明，與單一組分相比，Z型α-Bi2O3/g-C3N4復(fù)合光催化劑具有更高的熒光強度。

將制備的Z型α-Bi2O3納米片和Z型α-Bi2O3/g-C3N4復(fù)合光催化劑應(yīng)用于羅丹明B（RhB）的光分解實驗中，測試其光催化性能。結(jié)果顯示，Z型α-Bi2O3/g-C3N4復(fù)合光催化劑在可見光照射下對RhB的降解效果更好。經(jīng)分析，復(fù)合光催化劑的良好催化性能與其較高的吸收能力和熒光強度有關(guān)。

4.結(jié)論

本研究成功合成了Z型α-Bi2O3納米片和Z型α-Bi2O3/g-C3N4復(fù)合光催化劑，并對其進行了表征。結(jié)果表明，由尿素作為前驅(qū)物可以有效促進Z型α-Bi2O3納米片的形成；Z型α-Bi2O3/g-C3N4復(fù)合光催化劑在可見光區(qū)域具有較強吸收能力，并具有良好的光催化性能。本研究為新型Z型α-Bi2O3/g-C3N4復(fù)合光催化劑的制備和應(yīng)用提供了重要參考在本研究中，我們成功合成了Z型α-Bi2O3納米片和Z型α-Bi2O3/g-C3N4復(fù)合光催化劑，并對其進行了表征。結(jié)果顯示，Z型α-Bi2O3納米片和Z型α-Bi2O3/g-C3N4復(fù)合光催化劑在可見光區(qū)域具有較強的吸收能力，并且Z型α-Bi2O3/g-C3N4復(fù)合光催化劑具有更高的熒光強度。在光分解實驗中，Z型α-Bi2O3/g-C3