三维有序大孔复合材料Bi2O3/TiO2制备与多模式下光催化降解结晶紫

doi:10.3866/PKU.WHXB201310221

物理化学学报 >> 2013, Vol. 29 >> Issue (12): 2615-2623.doi: 10.3866/PKU.WHXB201310221

三维有序大孔复合材料Bi₂O₃/TiO₂制备与多模式下光催化降解结晶紫

黄贤丹¹, 李莉^1,2, 魏秋颖¹, 张文治¹, 路露¹

1 齐齐哈尔大学材料科学与工程学院, 黑龙江齐齐哈尔 161006;
2 黑龙江省高校复合改性材料重点实验室, 黑龙江齐齐哈尔 161006

收稿日期:2013-07-16 修回日期:2013-10-16 发布日期:2013-11-28
通讯作者: 李莉 E-mail:qqhrll@163.com
基金资助:
国家自然科学基金(21376126), 黑龙江省自然科学基金(B201106), 黑龙江省教育厅科学技术研究项目(12511592), 黑龙江省政府博士后资助经费(LBH-Z11108)和黑龙江省普通高校绿色化工技术重点实验室开放课题(2013 年)资助

Preparation of Three-Dimensionally Ordered Macroporous Composite Bi₂O₃/TiO₂ and Its Photocatalytic Degradation of Crystal Violet under Multiple Modes

HUANG Xian-Dan¹, LI Li^1,2, WEI Qiu-Ying¹, ZHANG Wen-Zhi¹, LU Lu¹

1 College of Materials Science and Engineering, Qiqihar University, Qiqihar 161006, Heilongjiang Province, P. R. China;
2 Key Laboratory of Composite Modified Material of Colleges in Heilongjang Provence, Qiqihar 161006, Heilongjiang Province, P. R. China

Received:2013-07-16 Revised:2013-10-16 Published:2013-11-28
Contact: LI Li E-mail:qqhrll@163.com
Supported by:
The project was supported by the National Natural Science Foundation of China (21376126), Natural Science Foundation of Heilongjiang Province, China (B201106), Scientific Research of Heilongjiang Province Educaton Department (12511592), Government of Heilongjiang Province Postdoctoral Grants, China (LBH-Z11108), and Open Project of Green Chemical Technology Key Laboratory of Heilongjing Province College, China (2013 year).

摘要/Abstract

摘要：

以TiO₂为基体, 在聚苯乙烯(PS)胶球和EO₂₀PO₇₀EO₂₀(P123)两种模板剂作用下通过溶胶-凝胶及煅烧后处理方法制备了三维有序大孔纳米复合材料Bi₂O₃/TiO₂. 经傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、X-射线衍射(XRD)、等离子体原子发射光谱(ICP-AES)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis DRS)、X-射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和N₂吸附-脱附等物理测试手段对其组成、结构、形貌及表面物理化学性能进行了表征. 结果表明, 该复合材料晶型结构良好, 孔结构排列整齐有序, 孔壁呈介孔结构, 属于三维有序大孔材料(3DOM). 与TiO₂相比, 3DOM-Bi₂O₃/TiO₂对光的吸收至少红移60 nm, 且红移至可见区. 在紫外光、可见光以及微波辅助等多模式光催化降解结晶紫的实验中, 复合材料3DOM-Bi₂O₃/TiO₂表现出良好的光催化活性, 其活性明显高于P25、Bi₂O₃和Bi₂O₃/TiO₂. 同时, 该复合材料针对不同类型的染料均表现出较好的紫外光降解效果, 且3 次循环实验后, 依旧保持较高活性.

关键词: 聚苯乙烯, 三维有序大孔, Bi₂O₃/TiO₂, 光催化, 结晶紫

Abstract:

Polystyrene latex (PS) spheres and EO₂₀PO₇₀O₂₀ (P123) were used as dual template agents, with TiO₂ as the matrix, to prepare a three-dimensionally ordered macroporous (3DOM) composite Bi₂O₃/TiO₂, using a sol-gel method and post-processing calcination. The phase structures, chemical composition, morphology, and surface physicochemical properties were characterized using X-ray diffraction (XRD), Fourier-transform infrared (FT-IR), ultraviolet-visible diffuse reflectance (UV-Vis DRS) and X-ray photoelectron spectroscopies (XPS), inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy (ICP-AES), scanning electron microscopy (SEM), and N₂ adsorption-desorption measurements. The results show that the composite is well crystallized and has a highly ordered porous structure with mesoporous walls; it is a 3DOM material. The light absorption of 3DOM-Bi₂O₃/TiO₂ is red-shifted by about 60 nm to the visible region compared with TiO₂. In the photocatalytic degradation of crystal violet using various methods, namely ultraviolet, visible-light, and microwave-assisted irradiation, the activity of 3DOM-Bi₂O₃/TiO₂ is significantly higher than those of P25, Bi₂O₃, and Bi₂O₃/TiO₂. The 3DOM-Bi₂O₃/TiO₂ composite also shows good photocatalytic activity in the degradations of various dyes under ultraviolet irradiation. The 3DOM-Bi₂O₃/TiO₂ activity is well retained after three cycles.

Key words: Polystyrene, Three-dimensionally ordered macroporous, Bi₂O₃/TiO₂, Photocatalysis, Crystal violet

点击下载补充材料PDF格式文件

黄贤丹, 李莉, 魏秋颖, 张文治, 路露. 三维有序大孔复合材料Bi₂O₃/TiO₂制备与多模式下光催化降解结晶紫[J]. 物理化学学报, 2013, 29(12), 2615-2623. doi: 10.3866/PKU.WHXB201310221

HUANG Xian-Dan, LI Li, WEI Qiu-Ying, ZHANG Wen-Zhi, LU Lu. Preparation of Three-Dimensionally Ordered Macroporous Composite Bi₂O₃/TiO₂ and Its Photocatalytic Degradation of Crystal Violet under Multiple Modes[J]. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29(12), 2615-2623. doi: 10.3866/PKU.WHXB201310221

链接本文: https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.WHXB201310221

https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/Y2013/V29/I12/2615

参考文献

(1) Gan, Y. P.; Qin, H. P.; Huang, H.; Tao, X. Y.; Fang, J.W.;Zhang,W. K. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29 (2), 403. [甘永平, 秦怀鹏, 黄辉, 陶新永, 方俊武, 张文魁. 物理化学学报,2013, 29 (2), 403.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201211022
(2) Cao, X. X.; Chen, Y. L.; Lin, B. Z.; Gao, B. F. J. Inorg. Mater.2012, 27 (12), 1302. [操小鑫, 陈亦琳, 林碧洲, 高碧芬. 无机材料学报, 2012, 27 (12), 1302.]
(3) Qiu,W.; Ren, C. J.; Gong, M. C.; Hou, Y. Z.; Chen, Y. Q. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27 (6), 1487. [仇伟, 任成军, 龚茂初, 侯云泽, 陈耀强. 物理化学学报, 2011, 27 (6), 1487.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20110621
(4) Zhai, X. H.; Long, H. J.; Dong, J. Z.; Cao, Y. A. Acta Phys. - Chim. Sin. 2010, 26 (3), 663. [翟晓辉, 龙绘锦, 董江舟, 曹亚安. 物理化学学报, 2010, 26 (3), 663.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20100317
(5) Li, A. C.; Li, G. H.; Zheng, Y.; Ma, L. L.; Zhen, Y. J. Acta Phys. -Chim. Sin. 2012, 28 (2), 458. [李爱昌, 李桂花, 郑琰, 马玲玲, 郑彦俊. 物理化学学报, 2012, 28 (2), 458.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201112081
(6) Zou,W.; Hao,W. C.; Xin, X.;Wang, T. M. Chin. J. Inorg. Chem. 2009, 25 (11), 1971. [邹文, 郝伟昌, 信心, 王天民. 无机化学学报, 2009, 25 (11), 1971.]
(7) Ma, Z. Y.; Yao, B. H.; He, Y. Q.; Bai, H. N.; Gao, Y. H. J. Funct. Mater. 2013, 4 (44), 507. [马占营, 姚秉华, 何抑清, 白海妮,高奕红. 功能材料, 2013, 4 (44), 507.]
(8) Bessekhouad, Y.; Robert, D.;Weber, J. Y. Catal. Today 2005,101 (4), 315.
(9) Song, L. M.; Zhang, S. J.;Wu, X. Q.;Wei, Q.W. J. Am. Chem. Soc. 2012, 51 (13), 4922.
(10) Ghule, L. A.; Shirke, B. S.; Sapnar, K. B.; Dhole, S. D.;Hankare, P. P.; Garadkar, K. M. J. Mater. Sci.: Mater. Electron.2011, 22 (8), 1120. doi: 10.1007/s10854-010-0270-0
(11) Cho, S.; Jang, J.W.; Jung, S. H.; Lee, B. R.; Oh, E.; Lee, K. H.Langmuir 2009, 25 (6), 3825. doi: 10.1021/la804009g
(12) Wan, L. S.; Lv, J.; Ke, B. B.; Xu, Z. K. J. Am. Chem. Soc. 2010,2 (12), 3759.
(13) Velev, O. D.; Kaler, E.W. Adv. Mater. 2000, 12 (7), 531.
(14) Klein, S. M.; Manoharan, V. N.; Pine, D. J. Langmuir 2005, 21 (15), 6669. doi: 10.1021/la0469957
(15) Manoharan, V. N.; Imhof, A.; Thorne, J. D. Adv. Mater. 2001, 13 (6), 447.
(16) Li, L.; Zhao, Y. H.; Li, E. S.; Z, N.; Ma, H. Y.; Liu, B. Chem. J. Chin. Univ. 2011, 32 (6), 1323. [李莉, 赵月红, 李恩帅,禚娜, 马慧媛, 刘波. 高等学校化学学报, 2011, 32 (6),1323.]
(17) Li, L.; Zhao, Y. H.; Lu, L.; Ma, H. Y.; Liu, B. Chin. J. Inorg. Chem. 2012, 28 (6), 1131. [李莉, 赵月红, 路露, 马慧媛,刘波. 无机化学学报, 2012, 28 (6), 1131.]
(18) Deng, Z.W.; Chen, M.; Zhou, S. X.; You, B.;W, L. M.Langmuir 2006, 22 (14), 6403. doi: 10.1021/la060944n
(19) Ma, T. Y.; Zhang, X. J.; Shao, G. S.; Cao, J. L.; Yuan, Z. Y. J. Phys. Chem. C 2008, 112 (8), 3090. doi: 10.1021/jp710636x
(20) Shim, S. E.; Cha, Y. J.; Byun, J. M.; Choe, S. J. Appl. Polym. Sci. 1999, 71 (13), 2259.
(21) Li, L.; Zhang, X. F.; Ma, Y.; Zhang,W. Z.; Guo, Y. X. CIESC Journal 2008, 59 (12), 3067. [李莉, 张秀芬, 马禹, 张文治, 郭一荇. 化工学报, 2008, 59 (12), 3067.]
(22) Yang, J. C.; Michael, J. J.; Jimmy,W. M. Polymer 2002, 43 (19),5125. doi: 10.1016/S0032-3861(02)00390-7
(23) Fang, J. F.; Xuan, Y. M.; Li, Q. Sci. China Technol. Sci. 2010,53 (11), 3088. doi: 10.1007/s11431-010-4110-5
(24) Demirors, A. F.; Eser, B. E.; Omer, D. Langmuir 2005, 21 (9),4156. doi: 10.1021/la047136l
(25) Shi, J. Y.; Chen, J.; Feng, Z. C.; Chen, T.; Lian, Y. X.;Wang, X.L.; Li, C. J. Phys. Chem. C 2007, 111 (2), 693. doi: 10.1021/jp065744z
(26) Wang, T.; Jiang, X.;Wu, Y. X. Ind. Eng. Chem. Res. 2009, 48 (13), 6224. doi: 10.1021/ie801974y
(27) Vu, D.; Li, X.; Li, Z. Y.;Wang, C. J. Chem. Eng. Data 2013, 58 (1), 71. doi: 10.1021/je301017q
(28) Bian, Z. F.; Zhu, J.;Wang, S. H. J. Phys. Chem . C 2008, 112 (16), 6258.
(29) Wang, C. M.; Sun, Z. Y.; Ma, L. Y.; Su, M. Simultaneous Anal. Chem. 2011, 83 (6), 2217.
(30) Abdallah,W. A.; Taylor, S. D. J. Phys. Chem. C 2008, 112 (48),18963.
(31) Harison, P. G.; Lloy, N. C.; Darill,W. J. Phys. Chem. B 1998,102 (52), 10672. doi: 10.1021/jp9822135
(32) Kang, S. H.; Kim, J. Y.; Kim, Y. K. J. Phys. Chem. C 2007, 111 (26), 9614. doi: 10.1021/jp071504n
(33) Vaidya, R.; Simonson, R J.; Dimos, D. Langmuir 1996, 12(11)2830. doi: 10.1021/la951072k
(34) Srinivasan, M.; White, T. Environ. Sci. Technol. 2007, 41 (12),4405. doi: 10.1021/es070160b
(35) Sun,W.; Zhou, S. X.; You, B.;Wu, L. M. Chem. Mater. 2012,24 (19), 3800. doi: 10.1021/cm302464g
(36) Harish, K. N.; Naik, B.; Prashanth Kumar, P. N.; Viswanath, R.ACS Sustainable Chem. Eng. 2013, 1 (9), 1143. doi: 10.1021/sc400060z
(37) Chen, Z. X.; Li, D. Z.; Zhang,W. J.; Shao, Y.; Chen, T.W.; Sun,M.; Fu, X. Z. J. Phys. Chem. C 2009, 113 (11), 4433. doi: 10.1021/jp8092513
(38) Yang, X. F.; Cui, H.Y.; Li, Y.; Qin, J. L.; Zhang, R. X.; Tang, H.ACS Catal. 2013, 3 (3), 363. doi: 10.1021/cs3008126
(39) Li, L.; Ji, Y.; Lu, D.; Zhao, Y. H. Chem. Online 2010, 6 (73),645. [李莉, 计远, 陆丹, 赵月红. 化学通报, 2010, 6 (73), 645.]
(40) Chen, H. Z.; Yang, S. G.; Y, K.; J, Y. M.; Sun, C. J. Phys. Chem. A 2011, 115 (14), 3034. doi: 10.1021/jp109948n
(41) Fan, H. M.; Li, H. Y.; Liu, B. K.; Lu, Y. C.; Xie, T. F.;Wang, D.J. Appl. Mater. Interfaces 2012, 4 (9), 4853. doi: 10.1021/am301199v
(42) Sarkar, D.; Ghosh, C. K.; Mukherjee, S.; Chattopadhyay, K. K.Appl. Mater. Interfaces 2013, 5 (2), 331. doi: 10.1021/am302136y
(43) Georgekutty, R.; Seery, M. K.; Pillai, S. C. J. Phys. Chem. C2008, 112 (35), 13563. doi: 10.1021/jp802729a
(44) Kim, S.; Park, H.; Choi,W. J. Phys. Chem. B 2004, 108 (20),6402.
(45) Chen, C. C.;Wang, Q.; Lei, P. X.; Song,W. J.; Ma,W. H.; Zhao,J. C. Environ. Sci. Technol. 2006, 40 (12), 3965. doi: 10.1021/jp049789g

[1]	曹玥晗, 郭瑞, 马敏智, 黄泽皑, 周莹. 活性位点电子密度变化对光催化CO₂活化和选择转化的影响[J]. 物理化学学报, 2024, 40(1): 2303029 - .
[2]	张珹博, 陶晓萍, 蒋文超, 郭俊雪, 张鹏飞, 李灿, 李仁贵. 微波辅助合成促进铬酸铋晶体的光生电荷分离[J]. 物理化学学报, 2024, 40(1): 2303034 - .
[3]	赖可溱, 李丰彦, 李宁, 高旸钦, 戈磊. 金属-有机骨架衍生的Ni-CNT/ZnIn₂S₄异质结用于光催化产氢及其电荷转移途径的确定[J]. 物理化学学报, 2024, 40(1): 2304018 - .
[4]	宋千伟, 何观朝, 费慧龙. 基于单原子催化剂的光热催化转化：原理和应用[J]. 物理化学学报, 2023, 39(9): 2212038 -0 .
[5]	张怡宁, 高明, 陈松涛, 王会琴, 霍鹏伟. Ag/CN/ZnIn₂S₄ S型异质结等离子体光催化剂的制备及其增强光还原CO₂研究[J]. 物理化学学报, 2023, 39(6): 2211051 - .
[6]	罗铖, 龙庆, 程蓓, 朱必成, 王临曦. Pt-C₃N₄/BiOCl S型异质结应用于光催化CO₂还原的理论计算研究[J]. 物理化学学报, 2023, 39(6): 2212026 - .
[7]	张珂瑜, 李云锋, 袁仕丹, 张洛红, 王倩. S型异质结H₂O₂光催化剂的研究进展[J]. 物理化学学报, 2023, 39(6): 2212010 - .
[8]	王中辽, 汪静, 张金锋, 代凯. 光激发电荷在光催化氧化还原反应中的全利用[J]. 物理化学学报, 2023, 39(6): 2209037 - .
[9]	王吉超, 乔秀, 史维娜, 贺景, 陈军, 张万庆. 多面体状Cu₂O修饰片状BiOI的S型异质结构筑及光催化水蒸气中CO₂转化性能研究[J]. 物理化学学报, 2023, 39(6): 2210003 - .
[10]	昝忠奇, 李喜宝, 高晓明, 黄军同, 罗一丹, 韩露. 0D/2D碳氮量子点(CNQDs)/BiOBr复合的S型异质结高效光催化降解和产H₂O₂[J]. 物理化学学报, 2023, 39(6): 2209016 - .
[11]	孙涛, 李晨曦, 鲍钰鹏, 樊君, 刘恩周. S-型MnCo₂S₄/g-C₃N₄异质结光催化产氢性能研究[J]. 物理化学学报, 2023, 39(6): 2212009 - .
[12]	吴新鹤, 陈郭强, 王娟, 李金懋, 王国宏. S-Scheme异质结光催化产氢研究进展[J]. 物理化学学报, 2023, 39(6): 2212016 -0 .
[13]	周文杰, 景启航, 李家馨, 陈颖芝, 郝国栋, 王鲁宁. 有机光催化剂用于太阳能水分解：分子水平和聚集体水平改性[J]. 物理化学学报, 2023, 39(5): 2211010 -0 .
[14]	卢尔君, 陶俊乾, 阳灿, 侯乙东, 张金水, 王心晨, 付贤智. 碳包覆Pd/TiO₂光催化产氢协同胺类选择性氧化合成亚胺[J]. 物理化学学报, 2023, 39(4): 2211029 -0 .
[15]	雷永刚, 赵天宇, 黄锦鸿, 张颖贞, 臧雪瑞, 李晓, 蔡伟龙, 黄剑莹, 胡军, 赖跃坤. 金属碳化钨与液相染料光敏剂协同促进光催化制氢[J]. 物理化学学报, 2023, 39(4): 2206006 -0 .

三维有序大孔复合材料Bi₂O₃/TiO₂制备与多模式下光催化降解结晶紫

Preparation of Three-Dimensionally Ordered Macroporous Composite Bi₂O₃/TiO₂ and Its Photocatalytic Degradation of Crystal Violet under Multiple Modes

PDF

赞

可视化

摘要/Abstract

支持信息

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

Metrics

推荐阅读 0