具有高可见光催化活性的Pt/Bi24O31Cl10复合纳米片的合成(英文)

作者：徐博冉; 李娟; 刘璐; 李延东; 郭绍辉; 高旸钦; 李宁; 戈磊^*

来源：催化学报, 2019, 40(05): 713-721.

• 卤氧铋
• 光催化
• Bi24O31Cl10
• 甲基橙降解

卤氧铋是一类具有独特层状堆叠结构的半导体光催化剂,但单一的卤氧铋存在着光生电子与空穴易复合等缺陷.而贵金属颗粒通常可以充当电子"陷阱",促进电荷转移,延长载流子寿命,从而产生更好的光催化性能.本文成功合成了Bi24O31Cl10光催化剂,并对其进行Pt纳米颗粒修饰,从而获得了具有高光催化性能的光催化剂Pt/Bi24O31Cl10.其中,Bi24O31Cl10是以Bi(NO3)3·5H2O和NaCl作为前驱体并用氨水调节pH后水热制得,而Pt的负载使用光还原法.对获得的样品进行XRD测试并将结果与Bi24O31Cl10的标准卡片进行对比,发现各峰的位置都有较好的对应,证明Bi24O31Cl10合成成功.采用TEM观测Pt/Bi24O31Cl10的形貌,发现Bi24O31Cl10呈片状,其表面存在Pt颗粒.XPS测试发现,该样品只含有Pt,Bi,O,Cl四种元素,且它们的价态符合预期.这进一步说明成功合成了Pt/Bi24O31Cl10.考察了可见光照射下Bi24O31Cl10和Pt负载量分别为0.5%,1%,2%和3%的Pt/Bi24O31Cl10对甲基橙溶液的降解的光催化性能.结果表明,相比于载体,Pt/Bi24O31Cl10的光催化性能有了显著提高,其中1%Pt/Bi24O31Cl10的光催化活性最佳,并且在循环降解实验中表现出稳定的光催化活性.DRS测试结果表明,Bi24O31Cl10的带隙宽度为2.45 eV,而Pt的负载有效减小了禁带宽度,从而提高了催化剂对光的利用率.对Bi24O31Cl10进行了DFT建模,结果显示,Bi,Cl和O原子的排列遵循分层叠加模型,且每层垂直于内部静电场堆叠.而从它的能带结构和状态密度(DOS)可知,其导、价带边沿较为分散,这意味着光生载流子的有效质量较小,从而使载流子的运输更为容易.利用DRS以及对Bi24O31Cl10能带结构的计算结果,根据半经验公式可知,Bi24O31Cl10的导、价带位置分别为0.395和2.845 eV.而Pt的费米能级为0.8 eV.结合ESR测试结果,可对Pt/Bi24O31Cl10催化降解甲基橙的过程提出合理猜想:Bi24O31Cl10被光激发后,其表面的Pt充当电子"陷阱"以促进电子和空穴分离,被Pt捕获的电子与表面吸附的O2形成O2–,并进一步与甲基橙反应,完成光降解过程.

• 单位
  重质油国家重点实验室; 中国石油大学（北京）