Cd（OH）<sub>2</sub>/BiOCl复合材料的制备及其光催化性能

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2023-0939

摘要/Abstract

摘要：

BiOCl是一种良好的光催化剂，但光生电子-空穴对易复合限制了其在光催化领域的应用。采用一步水热法制备了Cd（OH）₂/BiOCl复合材料，以罗丹明B（RhB）为降解目标，考察了复合材料的光催化性能。利用XRD、FT-IR、SEM、XPS（X射线光电子能谱）、光致发光光谱（PL）、电子自旋共振光谱（ESR）、紫外可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）等手段对复合材料进行了表征，从表征结果发现，Cd（OH）₂与BiOCl复合后，复合材料呈片状球形花状结构，且Cd（OH）₂的引入使复合材料产生了新的能级，电荷分离和传输能力增强，光生电子-空穴对的复合得到明显抑制，从而提高了复合材料的光催化性能。在300 W氙灯照射下，Cd（OH）₂/BiOCl复合材料对RhB的去除率较纯BiOCl提高了15.36%，经5次循环利用后复合材料对RhB的去除率仍可保持在70%。自由基清除实验表明自由基的活性顺序为O₂ ^·->h⁺>·OH，且O₂ ^·-是主要活性物质。

关键词: Cd（OH）₂/BiOCl, 光催化性能, 罗丹明B, 催化机理

Abstract:

BiOCl is a good photocatalyst, but the easy recombination of photo generated electron-hole pairs limits its application in the field of photocatalysis. Cd(OH)₂/BiOCl composite materials were prepared by one-step hydrothermal method, and its photocatalytic performance was investigated with Rhodamine B(RhB) as the degradation target. The composite materials were characterized by XRD, FT-IR, SEM, XPS, PL, ESR, UV-Vis DRS and other methods. It was found that the composite materials of Cd(OH)₂/BiOCl exhibited a sheet-like spherical flower-like structure, and the introduction of Cd(OH)₂ generated new energy levels in the composite material, with enhanced charge separation and transport capabilities, and significantly suppressed the recombination of photo generated electron-hole pairs, which improved the photocatalytic performance of the composite materials. Under 300 W xenon lamp irradiation, the removal rate of RhB by Cd(OH)₂/BiOCl composite materials increased by 15.36% compared to pure BiOCl. After 5 cycles of utilization, the removal rate of RhB by the composite materials could still be maintained at 70%. The free radical scavenging experiment showed that the activity order of free radicals was O₂ ^·->h⁺>·OH, with O₂ ^·- being the main active substance.

Key words: Cd(OH)₂/BiOCl, photocatalytic performance, RhB, catalytic mechanism

中图分类号:

X703

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https://www.iwt.cn/CN/Y2024/V44/I9/136

图/表 11

图1 纯BiOCl和不同掺杂比Cd（OH）₂/BiOCl光催化剂的XRD

Fig.1 XRD patterns of pure BiOCl and Cd（OH）₂/BiOCl with different doping ratios

图2 纯BiOCl、Cd（OH）₂/BiOCl材料的FT-IR图

Fig.2 FT-IR spectrum of pure BiOCl and Cd（OH）₂/BiOCl samples

图3 Cd（OH）₂/BiOCl材料的XPS光谱

Fig.3 XPS spectra of Cd（OH）₂/BiOCl

图4 纯BiOCl（a）和Cd（OH）₂/BiOCl（b）的SEM

Fig.4 SEM images of pure BiOCl（a） and Cd（OH）₂/BiOCl（b） samples

图5 纯BiOCl与Cd（OH）₂/BiOCl材料的光致发光光谱

Fig.5 Photoluminescence spectra of pure BiOCl and Cd（OH）₂/BiOCl

图6 不同Cd（OH）₂/BiOCl材料的光催化降解曲线（a）及一级反应动力学曲线（b）

Fig.6 Photocatalytic degradation profiles（a） and first-order reaction kinetic profiles（b） of RhB by Cd（OH）₂/BiOCl

图7 Cd（OH）₂/BiOCl材料的重复使用情况

Fig.7 Reuseability of Cd（OH）₂/BiOCl materials

图8 Cd（OH）₂/BiOCl材料的自由基捕获实验（a）及活性物种的ESR光谱（b~d）

Fig.8 Free radical trapping experiments on Cd（OH）₂/BiOCl materials（a） and ESR spectra of active species（b-d）

图9 纯BiOCl、Cd（OH）₂/BiOCl材料的光电流响应谱图（a）及电化学阻抗谱图（b）

Fig.9 Photocurrent response profiles（a） and electrochemical impedance profiles（b） of pure BiOCl and Cd（OH）₂/BiOCl materials

图10 纯BiOCl、Cd（OH）₂/BiOCl材料的UV-Vis DRS表征（a~b）及Cd（OH）₂/BiOCl材料XPS价带谱（c）

Fig.10 UV-Vis DRS spectra of BiOCl and Cd（OH）₂/BiOCl（a-b） and XPS valence band spectra of Cd（OH）₂/BiOCl（c）

图11 光照下Cd（OH）₂/BiOCl材料可能的光催化机理

Fig.11 Possible photocatalytic mechanism of Cd（OH）₂/BiOCl materials under illumination

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