AgCl/(BiO)2CO3复合材料的制备及光催化性能

田玲 吴汉福 蒋玲(六盘水师范学院化学与材料工程学院，贵州 钟山 553004)

0 引言

(BiO)2CO3具有层状结构的氧化物，禁带宽度约为2.87～3.58eV，不能有效地利用太阳光[1-4]。AgCl禁带宽度约为3.25eV，具有较强的可见光响应和光催化活性，但AgCl的光生电子空穴对复合率较高，导致光生载流子的利用率不高，并且具有极强的光腐蚀性，导致稳定性较差[5,6]。本文通过两步沉淀法制备出具有一定光催化活性的AgCl/(BiO)2CO3复合材料，预期能在有机污染降解方面具有一定的应用前景。

1 实验方法

1.1 制备纯(BiO)2CO3催化剂

称取1.4700g五水硝酸铋和21.6000g尿素溶于45mL去离子水得到溶液A；称取1.2719g无水碳酸钠溶于45mL去离子水得到溶液B。将B缓慢地滴加到A中，常温搅拌20h，离心，洗涤，60℃干燥，磨细，得纯(BiO)2CO3催化剂材料a。

1.2 制备纯AgCl催化剂

称取0.7108g硝酸银溶于100mL去离子水得到溶液A；称取0.2443g氯化钠溶于200mL去离子水得到溶液B。将A缓慢滴入B中，滴完后避光搅拌30min，离心，洗涤，磨细得纯AgCl催化剂b。

1.3 制备纯AgCl/(BiO)2CO3催化剂

称取a样品0.2000g，加入20mL去离子水，超声30min，再加入一定质量的氯化钠，搅拌30min，得到悬浊液A。称取一定量的硝酸银溶于10mL去离子水得溶液B。将A缓慢滴入B中，避光搅拌30min，离心，洗涤，60℃干燥，磨细得AgCl/(BiO)2CO3。按照AgCl与(BiO)2CO3的质量比制备的复合材料分别记为c-10%，d-15%，e-20%，f-25%，g-30%。

1.4 光催化实验

亚甲基蓝(MB)作为模拟污染物，使用500W氙灯作为光源，取MB(10mg/L)100mL、0.1g催化剂置于光反应瓶，在黑暗中搅拌30min后，取5mL悬浮液测定其吸光度，然后开启氙灯，每隔20min取5mL悬浮液，于7000r/min离心机中离心10min，取上清液用分光光度计测定吸光度分析剩余污染物的浓度。

2 结果与讨论

2.1 样品的结构

图1为所合成催化剂样品的XRD谱图。由图可知，在a样品的2θ为28.55°、32.75°、46.83°、57.99°的主衍射峰与AgCl的晶面指数(111)、(200)、(220)、(222)一致；b样品的2θ为13.16°、24.19°、30.43°、33.04°、42.43°、47.25°、52.62°、56.98°、63.36°处主衍射峰与四方晶相的(BiO)2CO3标准卡片对比均一致，并与 晶 面 指 数(002)、(011)、(013)、(110)、(114)、(020)、(121)、(123)及(206)相对应。纯AgCl、纯(BiO)2CO3的主要衍射峰较尖锐而未出现其他杂峰，结晶良好。在复合样品c～g的衍射图谱中均呈现有AgCl和(BiO)2CO3的衍射特征峰，AgCl的加入并未改变AgCl/(BiO)2CO3中(BiO)2CO3衍射峰的位置，复合后AgCl也仍保持着良好的结晶度，说明已成功制备出AgCl/(BiO)2CO3的复合物。

图1 样品的XRD图

2.2 样品的形貌

图2为纯AgCl、纯(BiO)2CO3和25% AgCl/(BiO)2CO3的SEM图，从图看出，纯AgCl表面较光滑，呈颗粒状，形态较规整，但尺寸大小不均一；纯(BiO)2CO3为不规则的球形颗粒，颗粒较大，同样尺寸不均一。而两者复合后，样品形貌发生了变化，呈松散棉花状。

2.3 光催化性能

图2 样品的SEM图

图3 可见光下降解MB蓝的降解曲线

图3为AgCl、(BiO)2CO3和复合材料在可见光下降解MB的性能，即 MB的浓度(C/C0)随光照射时间t的变化，其中C0和C分别是初始浓度和反应时间 t 的浓度。由图可知，纯AgCl、纯(BiO)2CO3和复合材料均对MB有一定的吸附作用，相对来说，纯(BiO)2CO3和复合材料对MB的吸附要强。纯AgCl和纯(BiO)2CO3对MB几乎不发生降解，而复合材料的光催化降解率均高于纯AgCl和纯(BiO)2CO3，并且随着AgCl含量的增加，降解率基本呈先增大后减小的趋势，当AgCl 和(BiO)2CO3质量比为1:4时，光催化活性最高，180min 时光催化降解率达到 89%。可能的原因是AgCl含量增加，AgCl与(BiO)2CO3复合使其有效接触面积增大，吸光增强且产生光生电子-空穴对更多，实现了有效电荷分离，进而光催化效率提高。当AgCl 比例过高时，过量的AgCl 在复合物中可能形成新复合中心，使得电子-空穴对又重新复合，使其光催化效率降低。

用一级动力学方程ln(C/C0)=-kt (k为速率反应常数，min-1；t为反应时间，min)拟合光催化降解。图4为制备的光催化剂样品对MB的降解一级反应动力学方程图，相关系数分别为Ra=0.8428、Rb=0.5960、Rc=0.9786、 Rd=0.9752、 Re=0.9794、Rf=0.9945、Rg=0.9824，复合材料的降解具有良好的线性关系。速率反应常数 (min-1)分别 ka=6.30×10-4、kb=5.79×10-4、kc=6.42×10-3、kd=6.02×10-3、ke=5.71×10-3、kf=9.45×10-3、kg=8.27×10-3，f-25%速率反应常数分别a、b的15倍和16倍。

3 结语

图4 样品对MB溶液的降解一级反应动力学方程

采用两步沉淀法成功制备了AgCl/(BiO)2CO3复合光催化剂，在可见光照射下，复合催化剂对MB的降解均比单一AgCl和 (BiO)2CO3的活性更高。当AgCl与(BiO)2CO3质量比为1:4，催化活性最高，180min内对MB的降解可达89%，复合催化剂降解MB的速率常数分别AgCl、(BiO)2CO3的15倍和16倍。说明AgCl与(BiO)2CO3复合后能分离光生电子和空穴，活性位点降低，提高光催化活性。