Figure Scheme 1.
Schematic illustration of the synthetic processes of g-C3N4@BiOCl
引用本文:
杨冰叶, 李航商, 宁昭, 冯成, 高书涛, 王春. 中空花状可见光响应催化剂g-C3N4@BiOCl的制备及其光催化活性[J]. 无机化学学报,
2017, 33(3): 396-404.
doi:
10.11862/CJIC.2017.033
Citation: YANG Bing-Ye, LI Hang, SHANG Ning-Zhao, FENG Cheng, GAO Shu-Tao, WANG Chun. Visible-Light Responsive Photocatalyst g-C3N4@BiOCl with Hollow Flower-like Structure: Preparation and Photocatalytic Performance[J]. Chinese Journal of Inorganic Chemistry, 2017, 33(3): 396-404. doi: 10.11862/CJIC.2017.033
Citation: YANG Bing-Ye, LI Hang, SHANG Ning-Zhao, FENG Cheng, GAO Shu-Tao, WANG Chun. Visible-Light Responsive Photocatalyst g-C3N4@BiOCl with Hollow Flower-like Structure: Preparation and Photocatalytic Performance[J]. Chinese Journal of Inorganic Chemistry, 2017, 33(3): 396-404. doi: 10.11862/CJIC.2017.033
中空花状可见光响应催化剂g-C3N4@BiOCl的制备及其光催化活性
English
Visible-Light Responsive Photocatalyst g-C3N4@BiOCl with Hollow Flower-like Structure: Preparation and Photocatalytic Performance
Abstract:
The visible-light responsive photocatalyst of g-C3N4@BiOCl with hollow flower-like structure was fabricated via self-assembly strategy. The as-prepared heterojunction photocatalyst was characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, high-resolution transmission microscopy, energy dispersive X-ray spectroscopy, ultraviolet-visible diffuse reflection spectra and X-ray photoelectron spectroscopy. Due to the excellent ability of charge separation, the heterojunction photocatalyst exhibited much higher photocatalytic activity than g-C3N4 and BiOCl. The degradation efficiency of 50 mg·L-1 rhodamine B can be reached to 99% within 12 min under visible-light irradiation (λ≥420 nm).
-
Key words:
- g-C3N4
- / BiOCl
- / visible light
- / photocatalysis
- / degradation
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近年来，半导体光催化技术因其低成本、高效率、对环境友好等特点，被认为是去除空气和水体中有机污染物的一种有效途径[1]。当前，制约光催化技术发展的关键在于寻找良好的光催化材料。在紫外光照射下，TiO2无疑是一种能够高效光催化降解有机污染物的半导体催化剂，然而作为宽禁带半导体 (禁带宽度为3.0~3.2 eV)，它只能被紫外光激发 (占太阳光总能量的3%~5%)，太阳能的利用率低[2-3]。为了提高太阳能的利用效率，研究人员一直致力于开发具有可见光 (占太阳光总能量的43%) 响应能力的光催化材料。
BiOX (X=Cl，Br，I) 是一类光学活性优异的Ⅴ-Ⅵ-Ⅶ三元半导体材料，具有价格低廉、环境友好等特点[4]。研究表明，虽然BiOCl (3.2~3.6 eV) 与TiO2的带隙接近，但是BiOCl是具有片层结构的间接带隙半导体[5]，激发电子必须穿过K层才能到达价带，一定程度上能够抑制光生电子和空穴的快速复合，从而提高其光催化活性。许多报道[6-9]证实BiOCl能够在紫外光照射下催化降解有机污染物，表现出比TiO2更高的光催化活性，然而BiOCl的宽带隙结构限制了其在可见光区的应用。为了实现可见光驱动的光催化反应，有报道指出将Bi2WO6[10]，BiOI[11]，BiOBr，WO3[12]等窄带隙半导体与BiOCl进行杂化，构建的异质结材料可有效地将吸收波长扩展到可见光区，为开发基于BiOCl材料的可见光响应催化剂指明了方向。
石墨相氮化碳 (g-C3N4) 作为一种具有可见光响应能力的聚合物半导体材料，带隙只有2.7 eV，与TiO2、ZnO、CdS相比具有更低的导带能级 (-1.1 eV vs NHE)，因此光生电子具有更强的还原能力[13]。自2009年Wang等[14]首次将g-C3N4用于光催化分解水产氢以来，该类材料已被广泛用于光催化有机合成、分解水产氢和降解有机污染物等领域[15-17]。然而，光生电子-空穴的快速复合导致g-C3N4的光催化效率依然不高。为了克服这一缺点，研究人员尝试采用元素掺杂、担载共催化剂或构建异质结结构等策略提高g-C3N4的光催化能力[18]。结果表明，与其他半导体材料复合构建异质结光催化剂能够促进光生电子和空穴的有效分离，从而提高光催化活性。例如，Zhu等[19]报道的具有核壳结构的g-C3N4/BiPO4光催化剂能够高效降解亚甲基蓝。2016年Cui等[20]将具有高光催化活性的Ag3PO4与经过剥离的g-C3N4复合，构建了核壳结构的Ag3PO4@g-C3N4复合光催化剂，不但获得了高光催化活性，而且提高了Ag3PO4的稳定性，30 min内对亚甲基蓝和双酚A的降解效率分别达到了97%和94.6%。
研究表明BiOCl和g-C3N4的导带和价带能级能够部分重叠，适合构建具有可见光响应能力的异质结光催化剂。例如，2013年Wang等[21]利用离子液体做模板和Cl源，在g-C3N4表面原位生长BiOCl，制备的BiOCl@g-C3N4催化剂的可见光催化活性是g-C3N4和BiOCl物理混合物的3.3倍。2014年Chang等[22]采用共沉淀方法将剥离后的g-C3N4与BiOCl复合，所得催化剂在可见光下40 min内对RhB的降解效率接近100%。2015年Lei等[23]利用阿拉伯胶做结构导向剂合成了g-C3N4@BiOCl纳米复合物，实验证实阿拉伯胶可通过增大异质结催化剂的比表面积和改善界面条件来提高g-C3N4@BiOCl的光催化活性。同年山东大学的Li等[24]将g-C3N4纳米颗粒分别负载到BiOCl的001和010晶面，通过甲基橙和苯酚的光催化降解实验证实极性半导体的晶面取向对构建高效异质结光催化剂具有重要影响。然而这些方法依然存在制备过程复杂，且难以构建良好的g-C3N4与BiOCl的异质结界面的缺点。
本文首次报道以g-C3N4/H2SO4均相溶液和硝酸铋为前体，经一步水解自组装合成了具有可见光响应能力的中空结构异质结催化剂g-C3N4@BiOCl (Scheme 1)。这种方法实现了g-C3N4和硝酸铋的均相混合，水解过程中g-C3N4和BiOCl同时从溶液中析出，有利于构建良好的异质结界面，同时g-C3N4对BiOCl的生长也起到了一定的导向作用。凭借良好的协同效应，该催化剂能够有效地实现光生电子-空穴的分离，表现出优异的可见光催化活性。在可见光照射下 (λ≥420 nm)，该复合材料对50 mg·L-1的罗丹明B (RhB) 溶液降解效率12 min内即可达到99%。
Figure Scheme 1.
Schematic illustration of the synthetic processes of g-C3N4@BiOCl
1 实验部分
1.1 试剂与仪器
Bi (NO3)3·5H2O，三聚氰胺，浓盐酸 (HCl)，浓硫酸 (H2SO4)，氢氧化钠 (NaOH) 由保定华新试剂公司提供，均为分析纯，用前未经处理。
样品形貌及尺寸通过FEI公司的Quanta 200F型场发射电子扫描电子显微镜 (SEM) 进行观察 (加速电压30 kV)。XRD采用Rigaku公司的D/max 2500型X射线衍射仪，Cu Kα辐射 (λ=0.156 04 nm)，管电压为40 kV；管电流为150 mA，石墨单色器，2θ为5°~80°。XPS价带能谱在PHI公司的Quantum 1600型光电子能谱仪上完成 (激发源为Mg Kα)。N2吸附-脱附采用金埃普科技有限公司制造的APP V-Sorb 2800P型比表面分析仪测试，在120 ℃下脱气6 h，77 K温度下测定N2吸附-脱附等温线。UV-Vis固体漫反射光谱通过岛津公司的UV-2600紫外可见分光光度计检测。光源为北京纽比特科技有限公司HSX-F/UV 300氙灯，光电流采用上海辰华生产的CHI 760D电化学工作站测试。
1.2 光催化剂的制备
1.3 光催化性能测试
g-C3N4@BiOCl异质结催化剂的光催化活性通过降解RhB的实验进行测试。在室温条件下，以HSX-F/UV 300氙灯 (加有420 nm截止片) 作为光源。在100 mL烧杯中加入50 mL 50 mg·L-1罗丹明溶液和50 mg光催化剂，超声分散后，避光搅拌30 min以达到吸附平衡，在光照条件下每隔3 min取出3 mL分散液，离心分离除去催化剂，用紫外-可见分光光度计测定RhB的残留浓度。
1.4 光电流测试
使用CHI 760D电化学工作站测试g-C3N4@ BiOCl的光电转化能力。在超声条件下将g-C3N4@ BiOCl催化剂分散到无水乙醇中形成均一溶液。均匀喷涂在FTO导电玻璃上作为工作电极，铂片电极作对电极，饱和甘汞电极作参比电极，0.1 mol·L-1硫酸钠作电解液，300 W氙灯作为光源 (加有420 nm截止片)。
1.2.2 g-C3N4@BiOCl的制备
在50 mL圆底烧瓶中加入605 mg Bi (NO3)3·5H2O，312 μL浓盐酸，超声溶解后加入10.9 μL 300 mg·mL-1 g-C3N4/H2SO4溶液，搅拌10 min后，加入15 mL蒸馏水，用1 mol·L-1 NaOH溶液调节pH=8~9，继续搅拌反应2 h，离心分离，用蒸馏水洗涤至中性，80℃下真空干燥2 h制得g-C3N4质量百分数为1%的1% g-C3N4@BiOCl。采用相同方法制备0.5% g-C3N4@BiOCl和3% g-C3N4@BiOCl催化剂。在不添加g-C3N4/H2SO4溶液的条件下制备了BiOCl，用来对比异质结催化剂g-C3N4@BiOCl和纯BiOCl的光催化活性。
1.2.1 g-C3N4/H2SO4溶液的制备
参考文献[25]方法制备g-C3N4/H2SO4溶液。g-C3N4粉末通过热聚三聚氰胺方法制备。50 mL具盖坩埚中加入10g三聚氰胺，放入马弗炉加热，以2 ℃·min-1的升温速度加热至550 ℃，保持2 h，待温度下降后即制得粉末状g-C3N4。
称取1.5 g g-C3N4放入25 mL圆底烧瓶，加入5 mL浓硫酸，在100 ℃油浴锅中加热搅拌反应2 h，冷却后得到浅黄色澄清溶液即为300 mg·mL-1 g-C3N4/H2SO4溶液。
2 结果与讨论
2.1 光催化剂的表征
图 1为g-C3N4，BiOCl和g-C3N4@BiOCl的XRD图 (异质结光催化剂g-C3N4@BiOCl的表征均选取1% g-C3N4@BiOCl催化剂进行)。由图可知，g-C3N4在27.5°和13.1°的衍射峰分别对应 (002) 和 (100) 衍射晶面，属于共轭芳香体系的晶面堆积和内部堆积峰。BiOCl显示出的一系列衍射峰属于四方晶相[9]的特征峰 (PDF No. 06-0249)。复合材料g-C3N4@BiOCl在11.0°，22.2°，25.4°，31.9°，32.5°，39.7°，46.7°，57.8°的特征峰分别对应BiOCl的 (001)，(002)，(101)，(110)，(102)，(112)，(200)，(212) 晶面[23]，因为g-C3N4的添加量较少，在g-C3N4@BiOCl的XRD图中并没有观察到g-C3N4的衍射峰，然而由于g-C3N4的掺入导致复合材料的晶面衍射峰与纯BiOCl相比出现了不同程度的向左偏移，表明g-C3N4已被很好地掺入到BiOCl结构中。
图 1
g-C3N4、BiOCl和g-C3N4@BiOCl的XRD图
Figure 1.
XRD patterns of g-C3N4, BiOCl and g-C3N4@BiOCl
利用电子扫描显微镜对g-C3N4@BiOCl的形貌进行了考察 (图 2a、2b)，由图 2a、2b可以看出所制备的g-C3N4@BiOCl复合催化剂具有均一的三维中空花状结构，平均直径1~2 μm。这种独特的中空花状结构与已报道的g-C3N4@BiOCl复合物不同[21-23]，原因可能是g-C3N4和BiOCl的共同析出过程中，经自组装形成了这样的特殊形貌结构。虽然在SEM图中无法观察到g-C3N4，但是EDS能谱 (图 2e) 证实了g-C3N4@BiOCl是由C、N、Bi、O、Cl几种元素组成的。此外，由图 2c我们可以观察到3种不同的晶格条纹，其中晶面间距d=0.33 nm对应的是g-C3N4的 (002) 面 (PDF No.87-1526)，而晶面间距0.22和0.27 nm分别对应BiOCl的 (112) 和 (110) 晶面 (PDF No.06-0249)，从图 2d中可以明显看到g-C3N4的 (002) 面和BiOCl的 (110) 面存在很好的界面接触，这进一步表明g-C3N4与BiOCl共存于所制备的催化剂中，且构成了良好的异质结结构。
图 2
g-C3N4@BiOCl的扫描电镜图 (a, b), 高分辨透射电镜图 (c, d) 及EDS能谱图 (e)
Figure 2.
SEM images (a, b), HRTEM image (c) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (d) of the g-C3N4@BiOCl
图 3为g-C3N4@BiOCl的氮气吸附-脱附等温线, 其BET比表面积为17 m2·g-1，与文献对比[23]，g-C3N4的掺入没有导致催化剂比表面积显著增加，这可能是由于g-C3N4/H2SO4溶液中的g-C3N4尺寸很小，在制备g-C3N4@BiOCl时能够很好地分散到BiOCl结构中造成的。
图 3
g-C3N4@BiOCl的氮气吸附-脱附等温线
Figure 3.
Nitrogen adsorption-desorption isotherms of g-C3N4@BiOCl
为了进一步证实g-C3N4@BiOCl的化学组成和氧化态，对其进行了XPS测试，结果如图 4所示。图 4a表明g-C3N4@BiOCl异质结光催化剂是由Bi、O、Cl、C、N几种元素组成的。图 4b~4f是Bi4f、Cl2p、O1s、C1s、N1s的高分辨光谱。由图可见，Bi4f7/2和Bi4f5/2的结合能分别为159.2和164.5 eV，与纯BiOCl相比均减少了0.1 eV；Cl2p3/2和Cl2p1/2的结合能为197.9和199.4 eV，较纯BiOCl都减少了0.1 eV；与纯BiOCl相比O1s的2个拟合峰529.8和531.8 eV也向低能区偏移了0.3 eV，而C1s(284.8，288.6 eV) 和N1s (399.18，400.4 eV) 的峰位置则相应的移向高能区[21, 23]，这些都是由于BiOCl与g-C3N4间存在一定的界面相互作用导致的，结果充分证实g-C3N4@BiOCl为异质结光催化剂。
图 4
g-C3N4@BiOCl (a), g-C3N4@BiOCl和纯BiOCl的Bi4f (b), g-C3N4@BiOCl和纯BiOCl的Cl2p (c), g-C3N4@BiOCl和纯BiOCl的O1s (d), g-C3N4@BiOCl的C1s (e) 和g-C3N4@BiOCl的N1s (f) 的XPS谱图
Figure 4.
XPS survey spectrum of g-C3N4@BiOCl (a), and high-resolution XPS spectra for Bi4f of g-C3N4@BiOCl and pure BiOCl (b), Cl2p of g-C3N4@BiOCl and pure BiOCl (c), O1s of g-C3N4@BiOCl and pure BiOCl (d), C1s of g-C3N4@BiOCl (e), N1s of g-C3N4@BiOCl (f)
图 5为BiOCl、g-C3N4@BiOCl、g-C3N4的紫外-可见漫反射光谱。结果表明，BiOCl只对370 nm以下的紫外光有吸收，与文献报道一致[23]。经浓硫酸剥离的g-C3N4虽然吸收波长延伸到了可见光区，但也只能吸收440 nm以下的光。而将二者复合后，我们可以看到g-C3N4@BiOCl的吸收带边延伸到了600 nm，且在可见光区的吸光能力明显高于BiOCl和g-C3N4，可见二者复合能够提高可见光的利用率，进而提高光催化活性。BiOCl和g-C3N4的带隙能 (Eg) 可以根据方程αhν=A(hν-Eg)n/2估算[22-23]，方程中的α，hν，A和Eg分别为吸收系数、光子能量、常数和带隙能，n由半导体的电子跃迁类型决定 (直接跃迁为4，间接跃迁为1)，文献报道[23]BiOCl的n值为4，g-C3N4的n值为1。根据 (αhν)n/2随hν的变化情况 (图 5b) 可以估算出BiOCl和g-C3N4的Eg分别为3.40和2.95 eV。为了进一步确定g-C3N4@BiOCl复合物的能带结构，BiOCl和g-C3N4的价带顶EVB和导带底ECB位置通过经验公式EVB=X-Ee+0.5Eg和ECB=EVB-Eg进行了估算，其中X是组成半导体化合物中所有原子电负性的几何平均值，对BiOCl和g-C3N4分别为6.36和4.73 eV，Ee是自由电子相对于标准氢电极的能级 (Ee≈4.5 eV)。通过计算可得BiOCl和g-C3N4的EVB分别为3.56和1.71 eV，相应导带底ECB分别为0.16和-1.24 eV，表明BiOCl和g-C3N4的带隙结构匹配良好，g-C3N4@BiOCl复合物能够较好的实现光生电子和空穴的分离。
图 5
(a) BiOCl、g-C3N4@BiOCl和g-C3N4的紫外-可见漫反射光谱; (b) BiOCl和g-C3N4的 (αhν)n随光子能 (hν) 的变化曲线
Figure 5.
(a) UV-Vis DRS spectra of BiOCl, g-C3N4@BiOCl and g-C3N4; (b) Plots of (αhν)n/2 versus photon energy (hν) for the band-gap energies of BiOCl and g-C3N4
2.2 光催化活性
从RhB的紫外-可见吸收曲线随光照时间的变化情况可以看出 (图 6)，在λ≥420 nm的可见光照射下，1% g-C3N4@BiOCl异质结催化剂能够迅速降解水溶液中的RhB，其在553 nm处的最大吸收峰12 min后已基本消失。
图 6
催化剂1% g-C3N4@BiOCl在可见光照射下降解RhB的吸收曲线随时间变化情况
Figure 6.
Absorption variation of RhB dye over catalyst 1% g-C3N4@BiOCl after different irradiation time
以水溶液中的RhB为目标污染物，考察了不同掺杂比例的g-C3N4@BiOCl异质结材料及P25(商业TiO2)、g-C3N4和BiOCl在可见光 (λ≥420 nm) 条件下的光催化活性，结果如图 7所示。在可见光照射下，12 min内P25对RhB没有降解能力 (图 7f)，说明P25只对紫外光有响应。相同条件下BiOCl的降解效率达到87%(图 7e)，而能够吸收可见光的g-C3N4只能降解9%的RhB (图 7d)。虽然BiOCl具有较宽的带隙 (3.40 eV)，不能被可见光激发，但是在RhB的敏化作用下依然表现出了一定的光催化活性[23]。我们制备的不同掺杂比例的g-C3N4@BiOCl可见光催化剂在相同条件下均能高效的降解RhB (图 7a、7b、7c)。0.5%、1%和3%的g-C3N4@BiOCl的降解效率分别为93%、99%和91%。随着g-C3N4含量的增加，光催化活性增强，含量为1%时光催化活性最强。然而进一步增加g-C3N4的含量到3%时活性反而降低，可能是由于过多的g-C3N4在制备过程中发生了自聚集，导致g-C3N4不能有效地渗入BiOCl的晶格当中，不利于形成良好的异质结界面造成的。1% g-C3N4@BiOCl之所以能够表现出优异可见光催化活性，我们认为有2个原因，一是中空花状结构提供了较大的比表面积，提高了对RhB的吸附能力；另一方面归功于独特的制备方法构建了良好的异质结界面，从而保证光生电子-空穴能够实现高效的分离，从而提高光催化活性。
图 7
不同光催化剂对RhB的降解结果
Figure 7.
Photodegradationg of RhB in the presence of different photocatalysts 50 mg photocatalysts were added into 50 mL RhB aqueous solution (50 mg·L-1)
为了更好的评价不同催化剂降解RhB的反应速率，我们以ln (C0/C) 对反应时间t作图，线性拟合的结果如图 8a所示，表现出较好的线性关系，说明光催化降解RhB服从一级反应动力学。在此基础上求得各催化剂的表观速率常数 (图 8b)，结果表明1% g-C3N4@BiOCl的速率常数为0.35 min-1，是g-C3N4的58倍，是BiOCl的2.5倍。
图 8
不同光催化剂降解RhB的一级动力学曲线 (a) 和降解速率常数 (b)
Figure 8.
First-order kinetics (a) and the degradation rate constant (b) of RhB degradation in the presence of different photocatalysts
实现光生电子和空穴的高效分离，抑制二者的快速复合是人们构建异质结光催化剂的目的所在，而光电流的大小恰恰反映出光生电子-空穴分离效率的高低，光电流越大光催化活性也就越高。图 9分别为1% g-C3N4@BiOCl，g-C3N4和BiOCl电极的瞬态光电流曲线，结果表明在可见光 (λ≥420 nm) 照射下，制备的异质结材料能够高效的分离光生电子和空穴，与纯g-C3N4和BiOCl相比能够产生更大的光电流响应，与光催化活性实验结果一致。
图 9
催化剂1% g-C3N4@BiOCl、g-C3N4和BiOCl的光电转换能力
Figure 9.
Photoelectric conversion performances of 1% g-C3N4@BiOCl, g-C3N4 and BiOCl
通过循环使用实验考察了1% g-C3N4@BiOCl异质结光催化剂的稳定性，结果如图 10所示。在可见光照射下降解RhB，重复使用4次，该催化剂对RhB的降解效率没有明显降低，说明g-C3N4@BiOCl异质结材料是一种催化活性高、可循环使用的可见光响应光催化剂。
图 10
催化剂1% g-C3N4@BiOCl降解RhB循环使用情况
Figure 10.
Cycling runs of the degradation of RhB over 1% g-C3N4@BiOCl catalyst
2.3 光催化机理分析
在上述实验基础上，我们提出了可能的光催化机理，如图 11所示。在可见光照射下g-C3N4和RhB都能被激发产生光生电子和空穴。由于g-C3N4的导带 (CB) 能级 (-1.24 eV) 比BiOCl (0.16 eV) 更负，光生电子能够顺利的通过异质结界面传导到BiOCl的导带能级上，此外被吸附在BiOCl表面的RhB生成的光生电子也能够由其LUMO轨道注入到BiOCl的导带中，至此光生电子全部聚集到BiOCl的导带，而空穴则留在g-C3N4和RhB的价带 (VB) 上，实现了光生电子和空穴的有效分离。光生电子与O2作用生成活性氧基团·O2-进而分解RhB，而g-C3N4价带上的空穴则可以直接氧化吸附在催化剂表面的RhB。
图 11
g-C3N4@BiOCl光催化机理示意图
Figure 11.
Schematic diagram illuminating the possible catalytic mechanism of g-C3N4@BiOCl
3 结论
采用自组装法在室温条件下构建了具有可见光响应能力的g-C3N4@BiOCl异质结催化剂。g-C3N4/H2SO4溶液在制备过程中不仅能够保证g-C3N4和BiOCl的界面实现良好的接触，还起到了结构导向剂的作用，合成了具有中空花状结构的g-C3N4@ BiOCl材料。在可见光下降解RhB的实验中，该催化剂表现出了优良的催化活性和循环使用稳定性。根据实验结果，提出了可能的光催化机理。该研究对设计、合成新型异质结光催化剂具有一定的指导意义。
-
-
[1]
Wang H, Zhang L, Chen Z, et al. Chem. Soc. Rev., 2014, 43: 5234-5244 doi: 10.1039/C4CS00126E
-
[2]
Rayalu S S, Jose D, Joshi M V, et al. Appl. Catal. B, 2013, 142-143:684-693 doi: 10.1016/j.apcatb.2013.05.057
-
[3]
Tian J, Sang Y, Zhao Z, et al. Small, 2013, 9:3864-3872 doi: 10.1002/smll.v9.22
-
[4]
Ye L, Su Y, Jin X, et al. Environ. Sci.:Nano, 2014, 1:90-112 doi: 10.1039/c3en00098b
-
[5]
Gao F, Zeng D, Huang Q, et al. Phys. Chem. Chem. Phys., 2012, 14:10572-10578 doi: 10.1039/c2cp41045a
-
[6]
Xiong J, Cheng G, Li G, et al. RSC Adv., 2011, 1:1542-1553 doi: 10.1039/c1ra00335f
-
[7]
Wang D H, Gao G Q, Zhang Y W, et al. Nanoscale, 2012, 4: 7780-7785 doi: 10.1039/c2nr32533k
-
[8]
Cheng G, Xiong J, Stadler F J. New J. Chem., 2013, 37:3207-3213 doi: 10.1039/c3nj00413a
-
[9]
Sun D, Li J, Feng Z, et al. Catal. Commun., 2014, 51:1-4 doi: 10.1016/j.catcom.2014.03.004
-
[10]
Yang W, Ma B, Wang W, et al. Phys. Chem. Chem. Phys., 2013, 15:19387-19394 doi: 10.1039/c3cp53628a
-
[11]
Li T B, Chen G, Zhou C, et al. Dalton Trans., 2011, 40:6751-6758 doi: 10.1039/c1dt10471c
-
[12]
Shamaila S, Sajjad A K L, Chen F, et al. J. Colloid Interface Sci., 2011, 356:465-472 doi: 10.1016/j.jcis.2011.01.015
-
[13]
Cao S, Low J, Yu J, et al. Adv. Mater., 2015, 27:2150-2176 doi: 10.1002/adma.201500033
-
[14]
Wang X, Maeda K, Thomas A, et al. Nat. Mater., 2009, 8:76-80 doi: 10.1038/nmat2317
-
[15]
Gong Y, Zhang P, Xu X, et al. J. Catal., 2013, 297:272-280 doi: 10.1016/j.jcat.2012.10.018
-
[16]
Xia J, Di J, Yin S, et al. Mater. Sci. Semicond. Process., 2014, 24:96-103 doi: 10.1016/j.mssp.2014.02.036
-
[17]
Hou J, Cheng H, Takeda O, et al. Energy Environ. Sci., 2015, 8:1348-1357 doi: 10.1039/C4EE03707C
-
[18]
Zheng Y, Lin L, Wang B, et al. Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54:12868-12884 doi: 10.1002/anie.v54.44
-
[19]
Pan C, Xu J, Wang Y, et al. Adv. Funct. Mater., 2012, 22: 1518-1524 doi: 10.1002/adfm.v22.7
-
[20]
Liu L, Qi Y, Lu J, et al. Appl. Catal. B, 2016, 183:133-141 doi: 10.1016/j.apcatb.2015.10.035
-
[21]
Wang X J, Wang Q, Li F T, et al. Chem. Eng. J., 2013, 234: 361-371 doi: 10.1016/j.cej.2013.08.112
-
[22]
Chang F, Xie Y, Zhang J, et al. RSC Adv., 2014, 4:28519-28528 doi: 10.1039/c4ra02735c
-
[23]
Lei L, Jin H, Zhang Q, et al. Dalton Trans., 2015, 44:795-803 doi: 10.1039/C4DT02082K
-
[24]
Li Q, Zhao X, Yang J, et al. Nanoscale, 2015, 7:18971-18983 doi: 10.1039/C5NR05154A
-
[25]
Zhou Z, Wang J, Yu J, et al. J. Am. Chem. Soc., 2015, 137: 2179-2182 doi: 10.1021/ja512179x
-
[1]
-
图 1 g-C3N4、BiOCl和g-C3N4@BiOCl的XRD图
Figure 1 XRD patterns of g-C3N4, BiOCl and g-C3N4@BiOCl
图 2 g-C3N4@BiOCl的扫描电镜图 (a, b), 高分辨透射电镜图 (c, d) 及EDS能谱图 (e)
Figure 2 SEM images (a, b), HRTEM image (c) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (d) of the g-C3N4@BiOCl
图 3 g-C3N4@BiOCl的氮气吸附-脱附等温线
Figure 3 Nitrogen adsorption-desorption isotherms of g-C3N4@BiOCl
图 4 g-C3N4@BiOCl (a), g-C3N4@BiOCl和纯BiOCl的Bi4f (b), g-C3N4@BiOCl和纯BiOCl的Cl2p (c), g-C3N4@BiOCl和纯BiOCl的O1s (d), g-C3N4@BiOCl的C1s (e) 和g-C3N4@BiOCl的N1s (f) 的XPS谱图
Figure 4 XPS survey spectrum of g-C3N4@BiOCl (a), and high-resolution XPS spectra for Bi4f of g-C3N4@BiOCl and pure BiOCl (b), Cl2p of g-C3N4@BiOCl and pure BiOCl (c), O1s of g-C3N4@BiOCl and pure BiOCl (d), C1s of g-C3N4@BiOCl (e), N1s of g-C3N4@BiOCl (f)
图 5 (a) BiOCl、g-C3N4@BiOCl和g-C3N4的紫外-可见漫反射光谱; (b) BiOCl和g-C3N4的 (αhν)n随光子能 (hν) 的变化曲线
Figure 5 (a) UV-Vis DRS spectra of BiOCl, g-C3N4@BiOCl and g-C3N4; (b) Plots of (αhν)n/2 versus photon energy (hν) for the band-gap energies of BiOCl and g-C3N4
图 6 催化剂1% g-C3N4@BiOCl在可见光照射下降解RhB的吸收曲线随时间变化情况
Figure 6 Absorption variation of RhB dye over catalyst 1% g-C3N4@BiOCl after different irradiation time
图 7 不同光催化剂对RhB的降解结果
Figure 7 Photodegradationg of RhB in the presence of different photocatalysts 50 mg photocatalysts were added into 50 mL RhB aqueous solution (50 mg·L-1)
(a) 0.5% g-C3N4@BiOCl, (b) 1% g-C3N4@BiOCl, (c) 3% g-C3N4@ BiOCl, (d) g-C3N4, (e) BiOCl, (f) P25; 50 mg photocatalysts were added into 50 mL RhB aqueous solution (50 mg·L-1)
图 8 不同光催化剂降解RhB的一级动力学曲线 (a) 和降解速率常数 (b)
Figure 8 First-order kinetics (a) and the degradation rate constant (b) of RhB degradation in the presence of different photocatalysts
图 9 催化剂1% g-C3N4@BiOCl、g-C3N4和BiOCl的光电转换能力
Figure 9 Photoelectric conversion performances of 1% g-C3N4@BiOCl, g-C3N4 and BiOCl
0.1 mol·L-1 Na2SO4 aqueous solution under 300 W Xe lamp irradiation
图 10 催化剂1% g-C3N4@BiOCl降解RhB循环使用情况
Figure 10 Cycling runs of the degradation of RhB over 1% g-C3N4@BiOCl catalyst
CRhB=50 mg·L-1
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