李冬梅,盧文聰,梁奕聰,王逸之,陳海強,李俊添,謝震宇

Bi5O7I/g-C3N4Z型異質(zhì)結(jié)的常溫沉淀制備及其光催化性能研究

李冬梅1*,盧文聰1,梁奕聰1,王逸之2,陳海強1,李俊添1,謝震宇3

(1.廣東工業(yè)大學土木與交通工程學院,廣東 廣州 510006；2.麻省理工學院大腦與認知科學系,美國 麻州 02139；3.復(fù)旦大學物理學系,上海 200433)

以Bi(NO3)3·5H2O?KI和g-C3N4為前驅(qū)體,采用常溫沉淀法制備Bi5O7I/g-C3N4Z型異質(zhì)結(jié)復(fù)合光催化劑,表征其光吸收性能?微觀形貌?光生電子-空穴的分離效率等特性,研究新型光催化劑對RhB的可見光催化降解性能,探討其可見光催化過程活性基團種類以及作用機理.結(jié)果表明:利用沉淀法合成Bi5O7I/g-C3N4的條件為:Bi(NO3)3·5H2O?KI和g-C3N4的投加量分別為4.85g?1.66g和1.61g,乙二醇的用量為50mL,反應(yīng)液的pH值為12,反應(yīng)攪拌速度為200r/min,反應(yīng)溫度為25℃.Bi5O7I/g-C3N4異質(zhì)結(jié)無雜相生成且純度高,異質(zhì)結(jié)復(fù)合發(fā)生在g-C3N4的(002)晶面和Bi5O7I的(203)晶面,但g-C3N4和Bi5O7I的化學結(jié)構(gòu)未受影響.Bi5O7I/g-C3N4呈三維納米花瓣形貌結(jié)構(gòu),為光生電子-空穴的遷移提供了大量的接觸位點.Bi5O7I的g-C3N4摻雜改性使其光催化活性顯著增強,其光吸收邊緣由425nm紅移至462nm,Bi5O7I/g-C3N4的能帶排列結(jié)構(gòu)與Z型異質(zhì)結(jié)匹配,促進了光生電子-空穴的分離.其光電流密度(11.5mA/cm)約為g-C3N4和Bi5O7I對應(yīng)值的2.66倍和1.47倍.Bi5O7I/g-C3N4對羅丹明B的可見光催化降解率為93.9%,顯著高于g-C3N4(58%)和Bi5O7I(49.7%)的降解效果,其光催化氧化活性主要來自羥基基團?超氧基團和光生空穴等中間態(tài)自由基.

常溫沉淀法；Bi5O7I/g-C3N4；Z型異質(zhì)結(jié)；可見光催化性能

高濃度有機廢水排放量隨著工業(yè)的迅猛發(fā)展顯著增加,對水體的污染日益加深[1].由于高濃度有機廢水可生化性差,傳統(tǒng)的污水生物處理工藝無法滿足達標排放的要求.

自半導(dǎo)體材料TiO2作為電極光催化分解H2O的成果報道以來[2],越來越多具有光催化性能的半導(dǎo)體材料,如Fe2O3,C3N4,ZnO,BiOX和CdS等得到重視.同時,半導(dǎo)體光降解有機物的特性逐步應(yīng)用在污廢水處理領(lǐng)域[3-4].

在實際應(yīng)用中,半導(dǎo)體光催化劑的催化效率常受到其光響應(yīng)特性的限制,例如活性較高且間隙較寬的半導(dǎo)體材料TiO2和ZnO等僅能被紫外光激發(fā).而太陽光中的紫外光只占5%,380nm～500nm波長(可見光波長范圍為380nm～780nm)的主要輻射能量無法得到有效利用[5],其可見光催化降解有機物的效果較差.目前,具有可見光響應(yīng)(間隙較窄)的半導(dǎo)體材料研發(fā)方興未艾.常見的可見光催化劑有Bi2WO6、C3N4、CdS、TaON等[6-7].但可見光催化劑普遍存在光生電子-空穴復(fù)合率較高的問題,在實際應(yīng)用中可見光催化氧化效率較低.

鉍系光催化材料是一類可以直接利用可見光的新型光催化材料[8].Bi5O7I是BiOX(X=Cl,Br,I)家族的一種富氧型鉍基鹵氧化物.其晶體結(jié)構(gòu)是由正鉍氧層 (Bi2O2)2+和負鹵素離子層X-交替排列而成.這種獨特的層狀結(jié)構(gòu),使其內(nèi)部產(chǎn)生了垂直于層狀結(jié)構(gòu)方向的內(nèi)靜電場[9].與其他催化劑材料比較,Bi5O7I具有的內(nèi)靜電場更有利于光生載流子的分離,從而提高其可見光催化活性.但是,Bi5O7I的光吸收邊緣約為400nm[10].文獻報道表明[11],構(gòu)建異質(zhì)結(jié)是改善半導(dǎo)體光催化性能的一種有效方法.許多研究人員通過構(gòu)建異質(zhì)結(jié)的方式,改善半導(dǎo)體材料的可見光吸收利用能力以及光生電子-空穴對分離效率,進而提高其可見光催化性能.但是,使用Ag2O、Ag等材料對Bi5O7I改性構(gòu)建納米異質(zhì)結(jié),需要較長的時間和較高的能耗[12-13].

石墨相氮化碳g-C3N4是一種具有可見光響應(yīng)的非金屬有機半導(dǎo)體光催化材料,具有無毒?高穩(wěn)定性以及較強的可見光吸收利用性能等優(yōu)點.眾研究者利用g-C3N4和Bi5O7I構(gòu)建納米異質(zhì)結(jié),提高其可見光吸收性能以及光生電子-空穴對的分離效率.但制備過程耗時長?能耗高.比如,Liu等[14]利用原位共結(jié)晶法成功制備了Bi5O7I/g-C3N4納米異質(zhì)結(jié)(520oC高溫條件).利用Bi5O7I/g-C3N4可見光催化降解RhB(催化劑投加量為50mg,RhB濃度為0.01mmol/L),2h降解率可達90%.Geng等[15]利用高溫反應(yīng)釜在120℃下持續(xù)反應(yīng)12h后,成功制備了Bi5O7I/g-C3N4納米微球.利用該光催化劑對MO和RhB進行光催化降解(催化劑投加濃度為1g/L,MO和RhB濃度為10mg/L),40min下MO降解率可達97.8%,而20min下RhB降解率可達98.2%.

因此,本研究以Bi(NO3)3·5H2O、KI和g-C3N4為前驅(qū)體,通過耗能耗時較低的常溫沉淀法制備Bi5O7I/g-C3N4納米異質(zhì)結(jié),改善可見光吸收性能,提高光生電子-空穴對的分離效率,強化光催化活性.

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

實驗試劑均為分析純,五水合硝酸鉍(Bi(NO3)3·5H2O,分子量為485.07)、碘化鉀(KI,分子量為166)、三聚氰胺(C3H6N6,分子量為126.12)、乙二胺四乙酸鈉(C10H14N2Na2O8,分子量為372.24)、異丙醇(C3H8O,分子量為60.06)、乙二醇((CH2OH)2,分子量為62.068)、苯醌(C6H4O2,分子量為108.09),由上海麥克林生化科技有限公司生產(chǎn);氫氧化鈉(NaOH,分子量為40)和羅丹明B(C28H31ClN2O3,分子量為479.01)由南京化學試劑股份有限公司生產(chǎn);無水乙醇(C2H5OH,分子量為46.07)由天津市大茂化學試劑廠生產(chǎn);DMPO(C6H11NO,分子量為113.158)由上海阿拉丁試劑有限公司生產(chǎn).

紫外可見光分光光度計(UV-5100,上海元析儀器有限公司,2019);磁力攪拌器(79-1,金壇大地自動化儀器廠,2017);電子天平(AR2202CN,美國奧豪斯, 2016);馬弗爐(XS5-5-1200,深圳中達電爐廠,2016);超純水機(TST-UP-10,石家莊泰斯特儀器設(shè)備有限公司,2016);智能數(shù)顯鼓風干燥機(DHG101-4B,上海昕儀儀器有限公司,2016);

氙燈光源(HF-GHX-XE-300,上海賀帆儀器有限公司,2019);恒溫循環(huán)水箱(HF-08,上海賀帆儀器有限公司,2019).

1.2 g-C3N4的制備

g-C3N4的制備方法[16]:稱取三聚氰胺10g于50mL陶瓷坩堝中后置于馬弗爐內(nèi),以10℃/min的速率將馬弗爐升溫至550℃后保持2.5h.待三聚氰胺熱處理結(jié)束后取出,冷卻到室溫,用乙醇和水反復(fù)清洗坩堝內(nèi)黃色固體3次,過濾烘干后即可得到g-C3N4樣品.

1.3 Bi5O7I/g-C3N4復(fù)合光催化劑的制備

Bi5O7I/g-C3N4的制備步驟如下:首先制備g-C3N4原料[16].然后稱取4.85g 的Bi(NO3)3·5H2O溶于50mL的乙二醇溶液中,超聲30min使其完全溶解形成溶液A,接著稱取KI和g-C3N4分別為1.66g和1.61g溶于等量乙二醇溶液中,超聲30min至其完全溶解形成溶液B.將A溶液逐滴滴入溶液B中,用1mol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值至12;在200r/min的速度下充分攪拌A?B混合液30min然后靜置30min.最后通過離心、洗滌、過濾和烘干,得到淺色的Bi5O7I/g-C3N4異質(zhì)結(jié)復(fù)合光催化劑樣品.

1.4 Bi5O7I/g-C3N4光催化性能測試

利用350W的氙燈頂照設(shè)備進行Bi5O7I/g-C3N4可見光催化性能測試實驗,反應(yīng)裝置如圖1所示.氙燈頭部配備的濾光片(>420nm)提供可見光光照條件(光源與頂照反應(yīng)肼頂部相距10cm),在頂照反應(yīng)肼中加入20mg/L的羅丹明b溶液100mL,接著加入0.05g的Bi5O7I/g-C3N4光催化劑.打開恒溫循環(huán)器(室溫),在暗態(tài)條件下攪拌60min,使光催化劑與目標污染物羅丹明b達到吸附-脫附平衡,測定溶液的吸光度.打開光源后,每隔20min吸取3mL的羅丹明b溶液,用紫外-可見分光光度計測定吸光度.

圖1 光催化反應(yīng)裝置

1.功率調(diào)節(jié)器;2.氙燈;3.升降調(diào)節(jié)器;4.恒溫循環(huán)器;5.磁力攪拌器;6.頂照反應(yīng)肼

1.5 表征方法

1.5.1 物相結(jié)構(gòu) 利用X射線衍射儀(德國Bruke- D8型)測定材料的衍射角度和衍射峰強度,再與晶體庫的標準卡作對比,用以確定材料的物相組成.

1.5.2 表面形貌特征 利用場發(fā)射掃描電子顯微鏡(日本Hitach SU8220型)觀察分析材料表面形貌及其變化.

1.5.3 化學官能團 利用傅里葉變換紅外光譜儀(美國Thermofisher Nicolet IS50型)測定材料的化學官能團,分析確定其化學結(jié)構(gòu).

1.5.4 光吸收性能 利用紫外可見分光光度儀(UV-3600型)測定材料的吸光率,分析計算其能帶結(jié)構(gòu).

1.5.5 光生電子-空穴分離效率 利用熒光分光光度計(Fluorolog-3型)和電化學工作站(1470E型)測定材料的復(fù)合熒光強度和光電流密度,對比分析其光生電子-空穴分離效率.

1.5.6 自由基捕獲檢測 利用電子順磁共振(EPR)波譜儀(EMXplus-10/12型)檢測分析光催化反應(yīng)體系內(nèi)活性基團的種類.

2 結(jié)果與討論

2.1 物相結(jié)構(gòu)

復(fù)合光催化材料物相組成與結(jié)構(gòu)檢測的結(jié)果如圖2所示.g-C3N4在2為12.99°和27.7°上有2個明顯的衍射峰,分別對應(yīng)其(100)晶面和(002)晶面[17].Bi5O7I在以下2角處均出現(xiàn)特征峰:13.95°、14.50°、24.32°、26.31°、29.36°、30.32°、30.57°、31.44°、32.99°,其中兩個較強的衍射峰2=26.31°和32.99°分別對應(yīng)于Bi5O7I的(203)晶面和(510)晶面.所有特征峰均與Bi5O7I的標準卡片(PDF# 75-1467)對應(yīng)一致,沒有其他明顯雜峰.這表明,Bi5O7I的純度高,結(jié)晶度好.

圖2 Bi5O7 I、g-C3N4和Bi5O7I/g-C3N4復(fù)合催化劑的XRD衍射圖譜

從圖2還可以看到,Bi5O7I/g-C3N4的衍射峰與g-C3N4(002)晶面和Bi5O7I的所有晶面一一對應(yīng),沒有出現(xiàn)新的峰型.對比g-C3N4和Bi5O7I可知, Bi5O7I/g-C3N4對應(yīng)于g-C3N4(002)晶面和Bi5O7I (203)晶面的衍射峰強分別降低了70.2%和29%.這表明,制備的Bi5O7I/g-C3N4異質(zhì)結(jié)中并無雜相生成,且異質(zhì)結(jié)在g-C3N4(002)晶面和Bi5O7I(203)晶面發(fā)生復(fù)合反應(yīng).

2.2 化學官能團

g-C3N4?Bi5O7I以及Bi5O7I/g-C3N4光催化劑化學結(jié)構(gòu)的表征結(jié)果如圖3所示.對于g-C3N4樣品,在810cm-1處的吸收峰對應(yīng)于三嗪C6N7伸縮振動,1200～1650cm-1區(qū)域的吸收峰帶對應(yīng)于C-N鍵以及碳氮雜環(huán)的伸縮振動,位于3000～3500cm-1之間的寬吸收帶則對應(yīng)于g-C3N4表面吸附的H2O分子或者殘留的氨基基團[17].對于Bi5O7I樣品,在552cm-1處的紅外吸收峰對應(yīng)于Bi-O的對稱伸縮振動[18],而Bi5O7I/g-C3N4中只呈現(xiàn)了g-C3N4和Bi5O7I的特征吸收峰(分別位于552cm-1、810cm-1、1200～ 1650cm-1、3000～3500cm-1),并無出現(xiàn)新的特征吸收峰.這表明g-C3N4和Bi5O7I兩種物質(zhì)的化學結(jié)構(gòu)在復(fù)合過程中沒有發(fā)生改變,且Bi5O7I/g-C3N4異質(zhì)結(jié)中只含有g(shù)-C3N4和Bi5O7I兩種組分.

圖3 Bi5O7I?g-C3N4和Bi5O7I/g-C3N4的紅外光譜

a.波長400～4000cm區(qū)域;b.波長400～800cm-1區(qū)域放大

2.3 表面形貌特征

光催化劑的表面形態(tài)特征對其光催化活性有著重要的影響,g-C3N4、Bi5O7I和Bi5O7I/g-C3N4的形貌特征如圖4所示.g-C3N4呈現(xiàn)出大量光滑且不規(guī)則的納米圓片堆疊而成的層狀結(jié)構(gòu),邊緣有明顯的褶皺和卷曲特征(如圖4a中圓圈所示),其納米片尺寸在200～400nm之間.Bi5O7I則具有大量片狀結(jié)構(gòu)的納米板堆疊而成的花瓣結(jié)構(gòu)(見圖4b).當g-C3N4與Bi5O7I復(fù)合后,Bi5O7I/g-C3N4異質(zhì)結(jié)光催化劑呈現(xiàn)出三維納米花瓣結(jié)構(gòu)(見圖4c),由g-C3N4納米圓片點綴在片層花瓣Bi5O7I上生長而成.在Bi5O7I/g-C3N4中,Bi5O7I大量分散且卷折的片層花瓣包裹著g-C3N4納米圓片,為光生電子-空穴的遷移提供了大量的接觸位點[19],有利于光生電子-空穴的分離,提高了光催化活性及其降解反應(yīng)速度.

圖4 光催化劑表面形貌的SEM照片

a.g-C3N4;b.Bi5O7I;c. Bi5O7I/g-C3N4

2.4 光吸收性能

光吸收性能是影響光催化效率的重要因素.g- C3N4、Bi5O7I和Bi5O7I/g-C3N4的光吸收性能測試結(jié)果如圖5所示.g-C3N4、Bi5O7I和Bi5O7I/g-C3N4在可見光區(qū)域呈現(xiàn)出明顯的光吸收能力(見圖5a).當Bi5O7I/g-C3N4納米異質(zhì)結(jié)形成后,由于g-C3N4的摻雜改性,Bi5O7I/g-C3N4的可見光吸收能力與Bi5O7I相比明顯增強,其光吸收邊緣從425nm紅移至462nm.

對于半導(dǎo)體光催化劑而言,光響應(yīng)的性能由半導(dǎo)體的禁帶寬度決定.禁帶寬度的計算公式如下[20]:

=(- Eg)/2, (1)

式中:,,和分別為光譜吸收系數(shù),普朗克常量,光子頻率和比例系數(shù).半導(dǎo)體分為直接半導(dǎo)體與間接半導(dǎo)體,對應(yīng)的值分別為1和4.通過對圖5(b)作切線與橫坐標的交點,得到g-C3N4和Bi5O7I的禁帶寬度分別為2.40eV和2.59eV.

為了進一步探索能帶結(jié)構(gòu)對Bi5O7I/g-C3N4異質(zhì)結(jié)光催化活性的影響,通過下列的公式計算[8]g- C3N4和Bi5O7I相應(yīng)的導(dǎo)帶(CB)和價帶(VB)的位置:

ECB =- EC-1/2Eg (2)

EVB = ECB + Eg (3)

式中:是該半導(dǎo)體的絕對電位;EC是相對于氫電位水平的電子自由能(約為4.5eV);Eg為半導(dǎo)體的禁帶寬度.通過該方法計算可得g-C3N4的導(dǎo)帶(CB)和價帶(VB)分別為-0.96eV和1.44eV,而Bi5O7I的導(dǎo)帶(CB)和價帶(VB)分別為0.43eV和3.02eV.g-C3N4和Bi5O7I的能帶計算結(jié)果表明,Bi5O7I/g-C3N4的能帶排列結(jié)構(gòu)與Z型異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)相匹配[11],Bi5O7I/ g-C3N4為Z型異質(zhì)結(jié).

圖5 Bi5O7I、g-C3N4和Bi5O7I/g-C3N4光吸收性能圖譜

a. 紫外可見漫反射光譜圖;b. ()1/2相對于的變化圖

Bi5O7I/g-C3N4Z型異質(zhì)結(jié)的能帶排列與電子遷移機理如圖6所示.g-C3N4和Bi5O7I均能被可見光激發(fā)從而產(chǎn)生光生電子和空穴,Bi5O7I導(dǎo)帶(CB)上的光生電子會與g-C3N4價帶(VB)上的空穴復(fù)合,而殘留的電子和空穴分別滯留于g-C3N4的導(dǎo)帶(CB)以及Bi5O7I的價帶(VB)上,實現(xiàn)了電子與空穴在空間上的有效分離,顯著降低了光生電子和空穴的復(fù)合效率,從而增強了其光催化降解性能[11].

圖6 Bi5O7I/g-C3N4的能帶排列和電子遷移機理示意

2.5 光生電子-空穴分離效率

測試光催化劑的光致發(fā)熒光強度和瞬態(tài)光電流密度[8,16],能使Bi5O7I/g-C3N4Z型異質(zhì)結(jié)的能帶排列結(jié)構(gòu)與電子遷移機理對光生電子-空穴復(fù)合效率的影響更清晰.測試分析結(jié)果如圖7和圖8所示.

2.5.1 光致發(fā)熒光強度 光致發(fā)熒光強度用于衡量光催化劑光生電子-空穴復(fù)合效率.光生電子-空穴復(fù)合產(chǎn)生的熒光強度越弱,則表明光生電子-空穴復(fù)合的效率越低.光催化劑的光生電子-空穴復(fù)合熒光強度如圖7所示.從圖7得到,Bi5O7I/g-C3N4異質(zhì)結(jié)的復(fù)合熒光強度與g-C3N4和Bi5O7I對應(yīng)的強度相比明顯減弱.這表明,在g-C3N4和Bi5O7I所形成的Z型異質(zhì)結(jié)中,能帶的排列結(jié)構(gòu)和電子遷移模式(圖6)抑制了光生電子-空穴的復(fù)合過程,使得光生電子與空穴復(fù)合所激發(fā)的熒光強度減弱.

圖7 Bi5O7I、g-C3N4和Bi5O7I/g-C3N4復(fù)合催化劑的光致發(fā)光譜

圖8 Bi5O7I?g-C3N4和Bi5O7I/g-C3N4復(fù)合催化劑的瞬態(tài)光電流密度

2.5.2 瞬態(tài)光電流密度 光催化劑的瞬態(tài)光電流密度可以直觀地反映出材料光生電子-空穴的產(chǎn)生和分離的效率.光電流密度越大,光催化劑的光生電子-空穴分離效率越高.如圖8所示,在可見光條件下,Bi5O7I/g-C3N4的光電流密度最強(11.5mA/cm),約為g-C3N4(4.32mA/cm)和Bi5O7I(7.8mA/cm)的2.66倍和1.47倍.結(jié)果表明,Bi5O7I/g-C3N4Z型異質(zhì)結(jié)的光生電子-空穴分離效率提高明顯,因而其光催化性能增強.光電流實驗結(jié)果與光致發(fā)光譜的檢測分析結(jié)果完全吻合,再次證明了Bi5O7I/g-C3N4Z型異質(zhì)結(jié)中的能帶排列結(jié)構(gòu)和電子遷移模式(圖6)有利于光生電子-空穴的遷移分離.

2.6 光催化活性評價

不同光催化劑對 RhB 的光催化降解性能如圖9所示.RhB在不添加催化劑的空白對照組中幾乎不發(fā)生降解,Bi5O7I的光催化活性略微弱于g-C3N4的活性.在可見光降解RhB 100min后,Bi5O7I和g-C3N4對RhB的降解率分別為49.7%和58.0%.而當Bi5O7I和g-C3N4復(fù)合形成納米異質(zhì)結(jié)后,其對RhB 可見光催化降解效率達到了93.9%.這進一步表明,光吸收性能與光生電子-空穴分離效率的提高,可以顯著增強光催化劑的催化活性.

圖9 不同光催化劑對RhB的降解率

2.7 自由基檢測與反應(yīng)機理

圖10 Bi5O7I/g-C3N4光催化劑的自由基檢測實驗

圖11 捕獲自由基的電子順磁共振波譜

3 結(jié)論

3.1 利用沉淀法合成Bi5O7I/g-C3N4的條件為:Bi (NO3)3×5H2O?KI和g-C3N4的投加量分別為4.85g、1.66g和1.61g,乙二醇的用量為50mL,反應(yīng)液的pH值為12,反應(yīng)攪拌速度為200r/min,反應(yīng)溫度為25℃.

3.2 制備的Bi5O7I/g-C3N4異質(zhì)結(jié)無雜相生成且純度高,異質(zhì)結(jié)的復(fù)合發(fā)生在g-C3N4的(002)晶面和Bi5O7I(203)的晶面,但g-C3N4和Bi5O7I的化學結(jié)構(gòu)未受影響.

3.3 Bi5O7I/g-C3N4呈三維納米花瓣形貌結(jié)構(gòu),為光生電子-空穴的遷移提供了大量的接觸位點.

3.4 Bi5O7I的g-C3N4摻雜改性使其光催化活性顯著增強,其光吸收邊緣由425nm紅移至462nm, Bi5O7I/g-C3N4的能帶排列結(jié)構(gòu)與Z型異質(zhì)結(jié)匹配,促進了光生電子-空穴的分離,其光電流密度(11.5mA/cm)約為g-C3N4(4.32mA/cm)和Bi5O7I (7.8mA/cm)的2.66倍和1.47倍.

3.5 Bi5O7I/g-C3N4對羅丹明B的可見光催化降解率為93.9%,顯著高于g-C3N4(58%)和Bi5O7I(49.7%)的降解效果,其光催化氧化活性主要來自羥基基團、超氧基團和光生空穴等中間態(tài)自由基.

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Room-temperature precipitation synthesis and photocatalysis of Bi5O7I/g-C3N4Z-scheme heterojunction.

LI Dong-mei1*, LU Wen-cong1, LIANG Yi-cong1, WANG Yi-zhi2, CHEN Hai-qiang1, LI Jun-tian1, XIE Zhen-yu3

(1.Faculty of Civil and Transportation Engineering, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China；2.Department of Brain and Cognitive Science, Massachusetts Institute of Technology, MA 02139, USA；3.Department of Physics, Fudan University, Shanghai 200433, China)., 2021,41(9)：4120～4126

In this work, by using Bi5O7I、KI and g-C3N4as precursors, a novel Bi5O7I/g-C3N4Z-scheme heterojunction has been synthesized successfully by precipitation method at room temperature, its property of light absorption?morphologic structure?efficiency of photogenerated electron-hole were characterized. The visible-light degradation performance on Rhodamine B(RhB)by new type composite photocatalyst?the kinds of radicals and the mechanism in photocatalytic reaction system were studied. The results revealed that: The synthesis conditions of Bi5O7I/g-C3N4by precipitation were shown as follow:4.85g Bi(NO3)3·5H2O, 1.66g KI, 1.61g g-C3N4, 50mL glycol, 12 of reaction pH, 200r/min of reaction stirring rate and ambient reaction temperature(25℃).There’s no impurity and influence on chemical structure of g-C3N4and Bi5O7I during the synthesis process, the recombination of Bi5O7I/g-C3N4crystallographic plane occured on the {002} crystal plane of g-C3N4and the {312} crystal plane of Bi5O7I.The morphologic structure of Bi5O7I/g-C3N4was 3D nano petal-like, which furnished a large number of contacting site for the transfer of photogenerated electron-hole. The doping of g-C3N4on Bi5O7I can significantly enhance photocatalytic activity, its wavelength edge of light absorption shifted to 462nm from 425nm.The band arrangement structure of Bi5O7I/g-C3N4was matched with the Z-scheme heterojunction, which promoted the separation of photogenerated electron-hole, its photocurrent density (11.5mA/cm) is 2.66 and 1.47times than that of g-C3N4(4.32mA/cm) and Bi5O7I(7.8mA/cm) respectively. The photocatalytic degradation rate for RhB by Bi5O7I/g-C3N4under visble light irradiation is 93.9%, which is 1.89 and 1.62times than that of Bi5O7I and g-C3N4respectively, the activity of photocatalytic oxidation was attributed to the intermediate radicals including ·OH?·O2-and h+.

precipitation method at room temperature；Bi5O7I/g-C3N4；Z-scheme heterojunction；visible-light photocatalytic property

X703

A

1000-6923(2021)09-4120-07

李冬梅(1972-),女,湖南婁底人,教授,博士.主要從事高級水處理理論與技術(shù)研究.發(fā)表論文141篇.

2021-02-08

國家自然科學基金(51378129,51108094);廣東省自然科學基金(2017A030313321,2015AS030313494);廣東省高教廳-普通高校特色創(chuàng)新類項目(2016KTSCX035)

* 責任作者, 教授, ldm108@gdut.edu.cn