1、第 卷 第 期 年 月吉 林 建 筑 大 学 学 报 收稿日期：基金项目：吉林省科技厅自然科学基金（）；吉林省教育厅科学技术研究项目（）作者简介：闫 刚（），男，吉林省长春市人，讲师，博士：纳米花状复合光催化剂制备及光催化降解甲醛研究闫 刚，何瑞桓吉林建筑大学 材料科学与工程学院，长春 摘要：以碘氧化铋（）作为载体，在载体上负载氧化石墨烯（），构筑 二元复合光催化剂，利用，等分析手段对催化剂的晶相、表面形貌进行分析 甲醛光催化降解实验表明，可见光照射下，当 添加量为 时，内复合物 对甲醛的降解率达到 ，远高于纯的（），并进一步阐明光催化降解机理关键词：碘氧化铋；氧化石墨烯；甲醛；光催化中图分类
2、号：文献标志码：文章编号：（）,，:,:;引言甲醛作为一种致癌物广泛存在于室内 传统的物理吸附除甲醛存在二次释放污染的缺点，探索高效绿色彻底的甲醛去除方法迫在眉睫 在众多除甲醛方法中，光催化技术被认为是最有前景的方法之一，其以太阳光为能量来源，光照下产生强氧化性物种，能彻底氧化分解甲醛 在众多的光催化材料中，碘氧化铋（）具有价格低廉、无毒和优异的可见光吸收能力，其具有独特的二维层状结构，（）阳离子层与阴离子层有序排布，层间存在内部静电场，这有利于光生电子空穴对的分离，这些特点使之成为当今的热门光催化材料之一，但是单一的 光生电子 空穴对复合率仍然较高、电导率低，这大大降低了其光催化效率 为解决
3、这个问题提出来许多策略，如贵金属沉积、非金属掺杂、形貌控制和表面修饰等 本文以 为基底，利用具有良好的电子转移能力的氧化石墨烯 与其复合，构筑 二元复合物 光催化性能研究表明，在可见光的照射下，当 掺杂量为 时，复合物 在 内除甲醛率达到 ，其催化效果远高于纯 吉 林 建 筑 大 学 学 报第 卷 实验 实验原料五水硝酸铋、碘化钾、石墨粉、硝酸钠、硫酸、高锰酸钾、双氧水，所有试剂由阿拉丁试剂提供，分析纯无需进一步提纯，实验用水为去离子水，自制 实验步骤 碘氧化铋的制备将 溶于 去离子中，得到 溶液，同时将 （）溶于 去离子水得到 溶液，在剧烈搅拌下将 溶液缓慢滴入 溶液，继续搅拌直至形成砖红色
4、溶液，过滤、烘干后得到粉状 催化剂 氧化石墨烯的制备利用 法制备氧化石墨烯，具体操作步骤如下：在一个 的烧杯中加入 石墨粉末 在冰水浴的条件下，分别加入 和 ，并搅拌均匀 在 内保持溶液温度 的同时加入 高锰酸钾 然后拿掉冰水浴，并加热到 并保持 最后加入 的去离子水，搅拌 后加入 的 的 双氧水，至溶液颜色接近棕色 氧化石墨烯 碘氧化铋的复合将 溶于 去离子中得到 溶液，同时将 （）溶于 去离子水得到 溶液，在剧烈搅拌下将 溶液缓慢滴入 溶液，继续搅拌直至形成砖红色溶液，滴入 溶液搅拌，然后把混合溶液过滤、烘干，得到粉状 催化剂 通过改变 的掺杂量来制备一系列的 二元复合物，的 掺杂量分别对
5、应 ，酚试剂及硫酸高铁铵溶液制备搅拌下将 酚试剂溶于 去离子水中，之后加入 去离子水并搅拌均匀，即为甲醛吸收液搅拌下将 硫酸高铁铵溶于 （）盐酸中，得到硫酸高铁铵溶液 催化剂表征通过扫描电子显微镜（）观察样品的微观形貌；使用 射线衍射仪（）分析样品的物相组成和晶体结构 光催化测试实验光源为 氙灯（中教金源），并用 的滤光片滤掉不可见光，光催化降解甲醛仪器为鼎式反应釜（中教金源），利用水循环 低温恒温槽把反应温度控制在室温 将 催化剂粉末平均分散在玻璃皿底部，并在上面放 含有 福尔马林溶液（阿拉丁试剂）的小瓶，封闭反应釜，然后用红外灯照射至瓶中溶液完全分解，密封冷却至反应釜内部温度为 ，利用 注
6、射器抽取第一管气体并把气体打进装有酚试剂的容器中 之后打开氙灯，每 抽取一管，共抽取 管 将 个样品分别加入硫酸高铁铵显色剂，放入 水浴锅，水浴 取出，使用分光光度计测试降解率 结果与分析 分析图 所示为 和 的 图谱，出现在 ，和.的特征衍射峰分别对应（）的（），（），（），（），（），（），和（）晶面 二元复合物的 图谱中，所有复合物的衍射峰均与 一致，没有观察到 的衍射峰，这是由于 含量较低，另外 结晶性相对较差所致第 期闫 刚，何瑞桓：纳米花状复合光催化剂制备及光催化降解甲醛研究 强度/（a.u.）3 mL石墨烯/碘氧化铋2 mL石墨烯/碘氧化铋1.5 mL石墨烯/碘氧化铋1 mL石墨
7、烯/碘氧化铋0.5 mL石墨烯/碘氧化铋碘氧化铋#100445（碘氧化铋）10203040506070802/图 和 复合物的 图谱 分析图（）和图（）分别为纯 和 的扫描电镜图片 图（）显示了 的形态，其具有一维超薄纳米片结构，纳米片厚度大约 ，纳米片进一步自组装成三维度纳米花状结构，这种三维纳米花结构有利于进一步增大材料比表面积，暴露更多活性位点，提高光催化活性 图（）可以观察到在 纳米片表面出现一层薄膜状的物质，这就是 纳米片，其均匀分布在 纳米片上，二者具有良好的接触，这有利于二者之间快速的电荷传递1 m1 m石墨烯图 （）纳米花，（）纳米花的 图像 （）（）光催化性能研究图（）为 和
8、 对甲醛气体的光催化降解曲线 一元 在 的可见光照射下（其中，物质浓度代表物质的初始浓度，物质浓度代表物质在时刻的浓度），甲醛降解率只有 复合 后，复合物的降解率明显高于，对甲醛气体的光催化降解效率高低依次为 ，并且 具有最高降解率，达到 复合材料降解甲醛的吸光度 时间的变化曲线如图（）所示，甲醛与酚试剂反应后的产物在 处的特征吸收峰逐渐减弱对实验数据进行准一阶函数拟合，结果如图（）所示，准一阶动力学常数图显示，具有最高的动力学常数，计算出的 值为 ，分别是，的 ，和 倍循环实验结果如图（）所示，从图中可以看出，在经历 次循环实验后，复合材料的光催化效率仍可达到 ，与最初的 相比基本无明显下降
9、，表明该复合材料光催化剂具有良好的稳定性 吉 林 建 筑 大 学 学 报第 卷碘氧化铋0.5 mL石墨烯/碘氧化铋1 mL石墨烯/碘氧化铋1.5 mL石墨烯/碘氧化铋2 mL石墨烯/碘氧化铋3 mL石墨烯/碘氧化铋1.00.80.60.40.20.0物质浓度t/物质浓度00510152025303540时间/min（a）0 min5 min10 min15 min20 min25 min30 min35 min40 min0.300.250.200.150.100.050.00吸光度/（a.u.）400500600700800波长/nm（b）碘氧化铋0.5 mL石墨烯/碘氧化铋1 mL石墨烯/
10、碘氧化铋1.5 mL石墨烯/碘氧化铋2 mL石墨烯/碘氧化铋3 mL石墨烯/碘氧化铋1.41.21.00.80.60.40.20.0Ln（物质浓度0/物质浓度t）0510152025303540时间/min（c）1.00.80.60.40.20.0物质浓度t/物质浓度0020406080100120140时间/min（d）（），样品对甲醛气体的光催化降解曲线；（）样品对甲醛气体降解过程中吸光度 时间的变化曲线；（）样品的（）与时间关系曲线；（）循环实验图 光催化性能测试 自由基捕获实验利用自由基捕获实验可以分析研究甲醛光催化的机理 分别利用三乙醇胺、异丙醇和对苯醌作为光生空穴、羟基自由基和超氧
11、自由基的捕获剂，在光催化之前加入反应体系中，引入捕获剂后的相应降解率分别为 ，和 这个结果表明，三乙醇胺和对苯醌的引入有效抑制了光降解的发生，证明在甲醛光降解的过程中，光生空穴和超氧自由基起主要作用，而羟基自由基的作用可以忽略不计，如图 所示2 mL石墨烯/碘氧化铋苯醌三乙醇胺异丙醇1.00.80.60.40.20.0物质浓度t/物质浓度00510152025303540时间/min图 做光催化剂，分别加入不同自由基捕获剂异丙醇（），三乙醇胺（）和对苯醌（）的光降解效果 ，（），（）（）导带可见光碘氧化铋价带甲醛分解产物分解产物甲醛O2-O2COOHOHOHOOO图 复合物的光催化机理 第 期
12、闫 刚，何瑞桓：纳米花状复合光催化剂制备及光催化降解甲醛研究 光催化机理分析 是一种优良的半导体材料，拥有适合的带隙，的 和 分别为 和 ，拥有良好的光催化活性 以 作为基底材料负载，可以作为电子接受体 如图 所示，在可见光激发下，中价带电子受激发跃迁至导带上，并在价带上形成空穴（），其导带上的电子可以通过界面转移到 上，促进光生载流子的分离，从而阻止 中的电子 空穴的复合作用，转移到 上的电子与空气中的氧气反应生成超氧自由基，超氧自由基（）迅速降解甲醛，同时留在 中的光生空穴也参与甲醛的降解，提高了 光催化材料的可见光催化性能 结论本文使用 为前驱体，通过采用共同沉淀法把 负载在 上，得到二元 复合材料 光催化实验显示，在可见光下，的 在 对甲醛的降解率达到 ，降解率远高于纯（）参 考 文 献 ，（）：，（）：，：，（）：，：，：，：，：，：，：，：，：，：，：，：，：，：，：
