揚州大學侯建華&北理工曹傳寶：燈籠狀碘氧鉍基材料展現高效可見光催化性能

【引言】

全球范圍內日益嚴重的環境污染問題已經制約著人類社會的可持續發展。另外，全國生態環境保護大會上總書記指示要堅決打好污染防治攻堅戰。光催化技術是一種利用太陽能進行能量轉化用于環境凈化的綠色高級氧化技術。科學研究者關注的焦點是半導體材料的化學組成和微觀結構的調控進而影響材料的氧化能力和物理化學性能，尤其是利用可見光誘導的高效光催化劑（如碘氧化鉍）來進行環境凈化。

【成果簡介】

近期，揚州大學侯建華博士與北京理工大學曹傳寶教授（共同通訊作者）報道了嵌入香蒲草碳的燈籠狀碘氧化鉍材料具有優越的可見光催化性能。在Dalton Transactions上全文發表題為“Lantern-like bismuth oxyiodide embedded typha-based carbon via in situ self-template and ion exchange-recrystallization for high-performance photocatalysis”，并入選內封面論文。研究人員首先在氨氣氣氛中直接碳化生物質廢棄物（枯萎的香蒲草）獲得氮摻雜的竹管狀碳材料（NTC）。室溫攪拌合成的BiOI/NTC作為自我犧牲模板，加入NH₃?H₂O，利用原位離子交換-再結晶機制合成出具有微/納分級結構的Bi₇O₉I₃/NTC。實驗結果顯示，在2 h內，Bi₇O₉I₃/NTC能夠在可見光下降解93.5%的甲基橙和97.6%的羅丹明B，這展現出比純BiOI更優越的可見光催化性能。這主要歸功于以下特征：
(I) 微/納分級結構有利于縮短污染物擴散路徑；
(II) 入射光在燈籠狀結構中可以通過反射作用被高效利用；
(III) 高比表面積為污染物降解提供多的活性位點；
(IV) 超薄納米片結構可以通過縮短擴散路徑減少e^--h⁺對的復合率；(V) NTC作為電子受體可以加快其轉移，通過界面作用進一步阻礙通過e^--h⁺對的復合；
(VI) NTC高的比表面積為表面吸附氧分子提供足夠的空間，然后與e^?反應產生更多?O₂^?；
(VII) Bi₇O₉I₃中大量的氧空位可以作為電子接收器，增強電荷的傳輸，抑制e^--h⁺對的復合；(VIII) 低含量的碘元素可提高導/價帶的還原/氧化電位，增強氧化還原能力。

因此，此工作研究出一種可控的綠色方法，為設計優化的碘氧化鉍基光催化材料提供指導作用，并顯示良好的潛力應用于環境修復。

【圖文導讀】

圖1 Bi₇O₉I₃/NTC的合成流程圖

圖2 BiOI、Bi₇O₉I₃和Bi₇O₉I₃/NTC的XRD圖

圖3 BiOI、Bi₇O₉I₃和Bi₇O₉I₃/NTC的XPS光譜、氮吸附-脫附等溫線和相應的孔隙大小分布圖

圖4-5 BiOI、Bi₇O₉I₃、NTC和Bi₇O₉I₃/NTC的微觀形貌表征

圖6 NTC、BiOI、Bi₇O₉I₃和Bi₇O₉I₃/NTC在可見光照射下對甲基橙和羅丹明B光催化降解曲線以及對應的動力學研究

圖7 BiOI、Bi₇O₉I₃和Bi₇O₉I₃/NTC的紫外可見漫反射光譜、帶寬分析圖、VB XPS譜、光致發光光譜以及Bi₇O₉I₃/NTC光催化反應機理

【小結】

該工作報道了利用一種綠色、簡易、快速的原位離子交換-再結晶機制，成功制備出具有微/納分級結構的Bi₇O₉I₃/NTC材料。其中，由相互連接的超薄納米薄片組成的燈籠狀Bi₇O₉I₃牢固地嵌入NTC的“竹管”中，賦予其充分的界面和較高的比表面積。燈籠狀結構、低碘含量和良好接觸界面等的多重協同效應使Bi₇O₉I₃/NTC材料表現出高效的可見光催化活性，優于其他報道的碘氧化鉍基材料性能。本作品可為設計優化的碘氧化鉍基光催化材料提供指導作用，并在水環境修復方面具有很大的應用潛力。

文章鏈接:
Lantern-like bismuth oxyiodide embedded typha-based carbon via in situ self-template and ion exchange-recrystallization for high-performance photocatalysis (Dalton Trans., 2018, 47, 6692-6701, DOI: 10.1039/c8dt00570b)。

本文由侯建華老師團隊供稿。

材料牛網專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，如果您對于跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點我加入編輯部。

歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱tougao@cailiaoren.com。

PS：材料人重磅推出材料計算解決方案，組建了一支來自全國知名高校老師及企業工程師的科技顧問團隊，專注于為大家解決各類計算模擬需求。如果您有需求，歡迎掃以下二維碼提交您的需求。或點擊鏈接提交，或直接聯系微信客服（微信號：cailiaoren001）