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 李莉 魏秋颖 张文治 路露

引用本文: 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 shu
Citation:  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 Physico-Chimica Sinica, 2013, 29(12): 2615-2623. doi: 10.3866/PKU.WHXB201310221 shu

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

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(21376126) (21376126)

    黑龙江省自然科学基金(B201106) (B201106)

    黑龙江省教育厅科学技术研究项目(12511592) (12511592)

    黑龙江省政府博士后资助经费(LBH-Z11108) (LBH-Z11108)

    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 (2013 年)

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.

English

    1. [1]

      (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

      (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. [2]

      (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.](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. [3]

      (3) Qiu,W.; Ren, C. J.; ng, 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(3) Qiu,W.; Ren, C. J.; ng, 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. [4]

      (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(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. [5]

      (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(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. [6]

      (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.](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. [7]

      (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.](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. [8]

      (8) Bessekhouad, Y.; Robert, D.;Weber, J. Y. Catal. Today 2005,101 (4), 315.(8) Bessekhouad, Y.; Robert, D.;Weber, J. Y. Catal. Today 2005,101 (4), 315.

    9. [9]

      (9) Song, L. M.; Zhang, S. J.;Wu, X. Q.;Wei, Q.W. J. Am. Chem. Soc. 2012, 51 (13), 4922.(9) Song, L. M.; Zhang, S. J.;Wu, X. Q.;Wei, Q.W. J. Am. Chem. Soc. 2012, 51 (13), 4922.

    10. [10]

      (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(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. [11]

      (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(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. [12]

      (12) Wan, L. S.; Lv, J.; Ke, B. B.; Xu, Z. K. J. Am. Chem. Soc. 2010,2 (12), 3759.(12) Wan, L. S.; Lv, J.; Ke, B. B.; Xu, Z. K. J. Am. Chem. Soc. 2010,2 (12), 3759.

    13. [13]

      (13) Velev, O. D.; Kaler, E.W. Adv. Mater. 2000, 12 (7), 531.(13) Velev, O. D.; Kaler, E.W. Adv. Mater. 2000, 12 (7), 531.

    14. [14]

      (14) Klein, S. M.; Manoharan, V. N.; Pine, D. J. Langmuir 2005, 21 (15), 6669. doi: 10.1021/la0469957(14) Klein, S. M.; Manoharan, V. N.; Pine, D. J. Langmuir 2005, 21 (15), 6669. doi: 10.1021/la0469957

    15. [15]

      (15) Manoharan, V. N.; Imhof, A.; Thorne, J. D. Adv. Mater. 2001, 13 (6), 447.(15) Manoharan, V. N.; Imhof, A.; Thorne, J. D. Adv. Mater. 2001, 13 (6), 447.

    16. [16]

      (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.](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. [17]

      (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.](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. [18]

      (18) Deng, Z.W.; Chen, M.; Zhou, S. X.; You, B.;W, L. M.Langmuir 2006, 22 (14), 6403. doi: 10.1021/la060944n(18) Deng, Z.W.; Chen, M.; Zhou, S. X.; You, B.;W, L. M.Langmuir 2006, 22 (14), 6403. doi: 10.1021/la060944n

    19. [19]

      (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(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. [20]

      (20) Shim, S. E.; Cha, Y. J.; Byun, J. M.; Choe, S. J. Appl. Polym. Sci. 1999, 71 (13), 2259.(20) Shim, S. E.; Cha, Y. J.; Byun, J. M.; Choe, S. J. Appl. Polym. Sci. 1999, 71 (13), 2259.

    21. [21]

      (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.](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. [22]

      (22) Yang, J. C.; Michael, J. J.; Jimmy,W. M. Polymer 2002, 43 (19),5125. doi: 10.1016/S0032-3861(02)00390-7(22) Yang, J. C.; Michael, J. J.; Jimmy,W. M. Polymer 2002, 43 (19),5125. doi: 10.1016/S0032-3861(02)00390-7

    23. [23]

      (23) Fang, J. F.; Xuan, Y. M.; Li, Q. Sci. China Technol. Sci. 2010,53 (11), 3088. doi: 10.1007/s11431-010-4110-5(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. [24]

      (24) Demirors, A. F.; Eser, B. E.; Omer, D. Langmuir 2005, 21 (9),4156. doi: 10.1021/la047136l(24) Demirors, A. F.; Eser, B. E.; Omer, D. Langmuir 2005, 21 (9),4156. doi: 10.1021/la047136l

    25. [25]

      (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(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. [26]

      (26) Wang, T.; Jiang, X.;Wu, Y. X. Ind. Eng. Chem. Res. 2009, 48 (13), 6224. doi: 10.1021/ie801974y(26) Wang, T.; Jiang, X.;Wu, Y. X. Ind. Eng. Chem. Res. 2009, 48 (13), 6224. doi: 10.1021/ie801974y

    27. [27]

      (27) Vu, D.; Li, X.; Li, Z. Y.;Wang, C. J. Chem. Eng. Data 2013, 58 (1), 71. doi: 10.1021/je301017q(27) Vu, D.; Li, X.; Li, Z. Y.;Wang, C. J. Chem. Eng. Data 2013, 58 (1), 71. doi: 10.1021/je301017q

    28. [28]

      (28) Bian, Z. F.; Zhu, J.;Wang, S. H. J. Phys. Chem . C 2008, 112 (16), 6258.(28) Bian, Z. F.; Zhu, J.;Wang, S. H. J. Phys. Chem . C 2008, 112 (16), 6258.

    29. [29]

      (29) Wang, C. M.; Sun, Z. Y.; Ma, L. Y.; Su, M. Simultaneous Anal. Chem. 2011, 83 (6), 2217.(29) Wang, C. M.; Sun, Z. Y.; Ma, L. Y.; Su, M. Simultaneous Anal. Chem. 2011, 83 (6), 2217.

    30. [30]

      (30) Abdallah,W. A.; Taylor, S. D. J. Phys. Chem. C 2008, 112 (48),18963.(30) Abdallah,W. A.; Taylor, S. D. J. Phys. Chem. C 2008, 112 (48),18963.

    31. [31]

      (31) Harison, P. G.; Lloy, N. C.; Darill,W. J. Phys. Chem. B 1998,102 (52), 10672. doi: 10.1021/jp9822135(31) Harison, P. G.; Lloy, N. C.; Darill,W. J. Phys. Chem. B 1998,102 (52), 10672. doi: 10.1021/jp9822135

    32. [32]

      (32) Kang, S. H.; Kim, J. Y.; Kim, Y. K. J. Phys. Chem. C 2007, 111 (26), 9614. doi: 10.1021/jp071504n(32) Kang, S. H.; Kim, J. Y.; Kim, Y. K. J. Phys. Chem. C 2007, 111 (26), 9614. doi: 10.1021/jp071504n

    33. [33]

      (33) Vaidya, R.; Simonson, R J.; Dimos, D. Langmuir 1996, 12(11)2830. doi: 10.1021/la951072k(33) Vaidya, R.; Simonson, R J.; Dimos, D. Langmuir 1996, 12(11)2830. doi: 10.1021/la951072k

    34. [34]

      (34) Srinivasan, M.; White, T. Environ. Sci. Technol. 2007, 41 (12),4405. doi: 10.1021/es070160b(34) Srinivasan, M.; White, T. Environ. Sci. Technol. 2007, 41 (12),4405. doi: 10.1021/es070160b

    35. [35]

      (35) Sun,W.; Zhou, S. X.; You, B.;Wu, L. M. Chem. Mater. 2012,24 (19), 3800. doi: 10.1021/cm302464g(35) Sun,W.; Zhou, S. X.; You, B.;Wu, L. M. Chem. Mater. 2012,24 (19), 3800. doi: 10.1021/cm302464g

    36. [36]

      (36) Harish, K. N.; Naik, B.; Prashanth Kumar, P. N.; Viswanath, R.ACS Sustainable Chem. Eng. 2013, 1 (9), 1143. doi: 10.1021/sc400060z(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. [37]

      (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(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. [38]

      (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(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. [39]

      (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.](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. [40]

      (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(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. [41]

      (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(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. [42]

      (42) Sarkar, D.; Ghosh, C. K.; Mukherjee, S.; Chattopadhyay, K. K.Appl. Mater. Interfaces 2013, 5 (2), 331. doi: 10.1021/am302136y(42) Sarkar, D.; Ghosh, C. K.; Mukherjee, S.; Chattopadhyay, K. K.Appl. Mater. Interfaces 2013, 5 (2), 331. doi: 10.1021/am302136y

    43. [43]

      (43) Georgekutty, R.; Seery, M. K.; Pillai, S. C. J. Phys. Chem. C2008, 112 (35), 13563. doi: 10.1021/jp802729a(43) Georgekutty, R.; Seery, M. K.; Pillai, S. C. J. Phys. Chem. C2008, 112 (35), 13563. doi: 10.1021/jp802729a

    44. [44]

      (44) Kim, S.; Park, H.; Choi,W. J. Phys. Chem. B 2004, 108 (20),6402.(44) Kim, S.; Park, H.; Choi,W. J. Phys. Chem. B 2004, 108 (20),6402.

    45. [45]

      (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

      (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

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  945
  • 文章访问数:  1446
  • HTML全文浏览量:  72
文章相关
  • 发布日期:  2013-11-28
  • 收稿日期:  2013-07-16
  • 网络出版日期:  2013-10-22
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章