实验时间：2010年4月2号[实验目的]
1.了解光催化剂的催化原理，制备方法和应用前景，
2.能够合成BiOI光催化剂并掌握简单的光催化剂性能测试方法。
[实验原理]
半导体光催化剂在紫外光或可见光照射下，能够将有机物降解为H2O和CO2，在污水处理方面存在较大的潜力，而受到广泛研究，其中，纳米TiO2由于无毒无害，性质稳定而作为最常用的光催化剂。但是，TiO2的禁带宽度为3.2eV，只能吸收紫外光而在可见光区没有响应，对太阳光的利用率低。1-2半导体的纳米卤氧化铋（BiOX）则表现了较高的光催化，且可接受可见光吸收。BiOCl、BiOBr、BiOI的禁带宽度分别为3.22eV，2.64eV和1.77eV。1,3-5BiOCl、BiOBr在近紫外和可见光区（能量小于2.95ev，λ>420nm）的吸收谱线约为370nm和440nm，而BiOI在可见光区的吸收谱线在670nm左右。1,3-4 BiOI的禁带宽度较窄，容易被可见光激发，相比较另外两种卤氧化铋，BiOI在可见光下的光催化活性更高。3-4因而本实验选取BiOI，研究其合成与可见光性能。 铋盐易水解，在水作用下水解成为BiOI，反应方程式如下：
静止轮毂
Bi3++I-+H2O→BiOI+2H+
通过控制不同的pH值和铋盐浓度，加入表面活性剂来控制碘氧铋的形貌和大小，实验采用五水硝酸铋作为铋源，加入一定量的乙二醇，分别采用水热法和低温水解法，探究其在25mg/L的罗丹明B（RhB）溶液中的降解率。 [实验仪器与试剂]
仪器：烧杯、量筒、锥形瓶、聚四氟乙烯内衬不锈钢反应釜、干燥箱、恒温磁力搅拌器、离心机、电子天平、紫外-可见吸收光谱仪
试剂：Bi(NO3)3·5H2O、乙二醇、罗丹明B、去离子水
[实验步骤]
1.BiOI的制备
制服制作
将的一定质量KI溶于去离子水中，取与KI相同物质的量的Bi(NO3)3•5H2O 溶于乙二醇中，在25°C下磁力搅拌至溶解。将KI溶液缓慢逐滴加入到Bi(NO3)3-乙二醇溶液中， KI溶液滴加完毕后转移至聚四氟乙烯内衬不锈钢反应釜，在80°C下加热1h，得到橙红的沉淀，记为S1，用相同的方法配置反应液，置
钻机导管表2. 25mg/L 200mL RhB 溶液在以BiOI 为光催化剂，太阳光辐射下各周的吸光
度和降解程度。(S1)，（S2）分别为水热法和低温水解法合成的BiOI
于50°C 的空气浴中磁力搅拌加热1h ，得到暗红的沉淀，记为S2。样品S1与S2所需的各试剂用量与反应温度，反应时间如表1.。反应结束后，将反应液在2000rpm 转速下离心，用去离子水洗涤沉淀3次，在用无水乙醇洗涤1次，离心，将离心所得粉末于80℃下干燥3h 后研磨。
表1.水热法（S1）与低温水解法（S2）合成BiOI 的试剂用量与反应温度，加热时间 样品 m （KI ）/g V （O H 2）/mL m （硝酸铋）/g V （乙二醇）
/mL
加热温度/℃ 加热时间/h S1 0.3325 4 0.9707 12
80 1 S2 0.3325 8 0.9707 24
50 1
2.可见光性能测定 取100mg 的样品加入到200mL 的25mg/L 的RhB 溶液中，在波长为554nm 下测其吸光度，置于太阳光下，每隔一周取样一次，测其吸光度，共测量4次。 [数据处理与结果讨论]
水热合成BiOI 过程中，刚滴入KI 时溶液为黄，后逐渐为橙黄，最后所得沉淀为橙红。而低温水解法的沉淀则由橙变为橙红，在逐渐变为红，砖红，最终所得样品为暗红。不同样品的BiOI 呈现出不同颜，与BiOI 颗粒的尺寸有一定关系。带隙能量随粒子的尺寸的减小而增加，使BiOI 粉末对光的吸收不同而呈现不同颜。有文献4,6合成的暗红的BiOI 粉末粒子的尺寸比橙红的BiOI 粉末尺寸大。但是影响颜的因素是多方面的，单从颜上只能初步推测所合成BiOI 粉末的相对大小，实际尺寸还需通过其他方法进行表征。
表2.为在200mL 的25mg/L 的RhB 溶液中，分别加入水热法合成的BiOI （S1）和低温水解法合成的BiOI （S2）后，在太阳光下所测得的各周RhB 溶液的吸光度以及经降解后的吸光度与未降解前吸光度的比值。图1.为根据表2.中的降解程度所绘制的水热法合成的BiOI （S1）和低温水解法合成的BiOI （S2）对RhB 溶液降解曲线，由图2.可看出，经过四个星期的光照，200mL 25mg/L 的RhB 溶液已经基本降解，水热法合成的BiOI （S1）和低温水解法合成的BiOI （S2）降解程度相差不大。而在第二周时测得的吸光度都反而上升，造成吸光度反而升高的原因可能是由于在第二周时，RhB 溶液降解程度不高，基本无降解，而溶液中又存在粉末，未经离心，而使得吸光度升高。水热法合成的BiOI 在第二，第三
时间/周 吸光度/A 降解程度/%
012340.00.3
0.60.91.21.51.8 c /c 0irradiation time(week)
S1S2周的吸光度略小于低温水解法合成
漂浮箱
的BiOI ，两种方法合成的BiOI 光催
化性能相差不大，除与反应温度，压
力有关外，也受到Bi 3+浓度的影响。水热法Bi 3+的浓度是水解法的2倍，
因此在低温，非高压条件下合成的BiOI 光催化性能只是略为比水热法
差，而在第四周，两种方法合成的样品降解率几乎相等，经长时间光照且后两周太阳光强度较强，RhB 已
经被大部分分解，从而吸光度无明显差异。一定程度上，水热法合成的BiOI 光催化性能比低温水解法合成的BiOI 较好。
但是，该实验合成的BiOI 仍具有很差的光催化性能，其他组在一周之内可将RhB 基本降解，而我们却
用四周的时间才将RhB 大部分降解且溶液仍呈浅红，仍有少部分RhB 未被分解。文献中是缓慢地将Bi(NO 3)3-表面活性剂溶液逐滴加入到I -溶液中6-7，或者将Bi(NO 3)3·5H 2O 固体缓慢溶解到乙二醇—KI 溶液中4，得到了光催化活性较好的纳米BiOI 。这样的滴加顺序可以降低生成BiOI 时的局部浓度，合成颗粒尺寸更小的纳米BiOI 。此外，乙二醇的浓度，表面活性剂的选择也是影响颗粒尺寸的因素。该实验还有很多需要改进的地方。
参考文献：
[1]Xi Z, Lizhi Z, et al. Low-Temperature Synthesis and High Visible-Light-Induced Photocat
-alytic Activity ofBiOI/TiO 2 Heterostructures[J]. J.Phys.Chem.C,2009, 113:7371–7378 S1 S2 S1 S2 0
0.151 0.151 1 1 1
0.200 0.285 1.32 1.89 2
0.123 0.172 0.81 1.14 3
0.017 0.052 0.11 0.34 4
0.004 0.005 0.03 0.03 图2. 不同样品的BiOI 对RhB 溶液的降解
[2]Xuelian B, Bin X, et al. Novel three-dimensional dandelion-like TiO2 structure with high photocatalytic activity[J]. Journal of Solid State Chemistry, 2008,181 :450–456
l型匹配[3]Xiaofeng C, Jun Huang, et al.BiOX (X = Cl, Br, I) photocatalysts prepared using NaBiO3 as the Bi source: Characterization and catalytic performance[J]. Catalysis Communicatio -ns,2010,11: 460–464
[4]Xi Z, Zhihui A, et al. Generalized One-Pot Synthesis,Characterization, and Photocatalytic Activity ofHierarchical BiOX (X = Cl, Br, I) Nanoplate Microspheres[J]. J.Phys.Chem.C, 2008, 112:747-753
[5]Zhengtao D, Dong C, et al. From Bulk Metal Bi to Two-Dimensional Well-Crystallized BiOX (X= Cl, Br) Micro- and Nanostructures: Synthesis and Characterization[J]. Crystal Growth & Design, 2008,8,(8):2005-3003
16gan[6]Henle J, Simon P, et al. Nanosized BiOX (X =Cl, Br, I) Particles Synthesized in Reverse Microemulsions[J]. Chem. Mater. ,2007, 19:366-373
[7]Wendeng W, Fuqiang H, et al. Visible-light-responsive photocatalysts xBiOBr–(1-x)BiOI[J]. Cataly
sis Communications, 2008, 9: 8–12
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