氧化铋基化合物在光催化降解水体中有机污染物的增稳策略
半导体光催化在水环境净化中具有重要应用价值,特别是于去除难降解持久性有毒有机污染物或水体微量有毒有机化合物,如PPCPs、氯消毒副产物等.TiO2尽管是最稳定有效的光催化剂之一,然而受限于其较宽的带隙,仅能响应紫外光.近年来具有吸收可见光特点的氧化铋基新型光催化剂吸引了大量关注,例如BiVO4、BiOI等.其中碘氧化铋是一类Bi和I不同化学计量比的半导体化合物,可以简写为Bi2O3-xI2x(x=1,0.5,0.428,0.2,etc.),分别对应了BiOI、Bi4O5I2、Bi7O9I3和Bi5O7I等,这类化合物可以看成是碘原子嵌入氧化铋骨架中的一种晶体结构.然而以BiOI代表的这类氧化铋基窄带隙光催化剂在水环境污染控制中均面临稳定性的问题.这是因为在有机物光催化降解过程中,矿化产生的二氧化碳和水中溶解的碳酸盐将与其反应转化为热力学更稳定的宽带隙的碳酸氧铋(Bi2O2CO3),表面发生钝化而逐渐失去可见光活性.研究表明BiOI热处理过程中碘原子随着温度升高将逐渐逸出，形成碘空位，并最终在350℃发生相变。随着碘的逸出和相交的发生，在400℃可以制备活性最高的光催化剂。进一步利用这种转变规律，采用热尿素溶液处理的方法将BiOI表面先钝化形成-层B12O2CO3;再经过焙烧热处理，碘逸出嵌入Bi2O2CO3层间形成稳定可见光活性的碘嵌入碳酸氧铋，构成一层具有核壳结构的复合光催化剂。这一结构形成的化学基础在于，表面Bi2O2CO3的形成抑制了碘的逸出，而碘嵌入进一步抑制了碳酸氧铋的热分解，从而形成了独特的异质结构。碘嵌入碳酸氧铋具有可见光响应性能，与内层的具有碘空位的铋碘氧化物构成高可见光活性的异质结，同时又能有效抑制铋碘氧化物的不利转化，增强了铋碘氧化物的光催化稳定性。因此研究表明，通过合适的核壳结构设计可以获得稳定性增强的铋基光催化剂，并有望在实际水体有机污染控制中获得更好的应用。
铋基光催化剂 制备工艺 核壳结构 水体污染
龙明策 胡培栋 吴浩东
上海交通大学环境科学与工程学院,上海200240
国内会议
中国化学会第十三届全国水处理化学大会暨海峡两岸水处理化学研讨会
南京
中文
234-234
2016-04-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）