1、第 卷哈尔滨师范大学自然科学学报，第 期 复合材料的制备及光催化性能研究王惠莹，魏树权，徐丹丹，李 刚（哈尔滨师范大学）【摘 要】通过水热法制备了新型光催化 复合材料通过、和 等表征手段进一步研究了样品的结构、形态和光学性质，并且研究了 复合材料的光催化性能实验结果表明，复合材料在可见光下的降解能力明显优于纯，其中 样品性能最好，能够在 内降解 的罗丹明（），比纯 的光催化性能提高约 倍【关键词】；光催化；可见光降解【中图分类号】【文献标识码】【文章编号】（）收稿日期：通讯作者 引言随着工业文明的不断发展和现代人们生活水平的提高，世界正面临着严重的环境污染问题和能源短缺问题 年，藤岛和本田教授
2、开创了光催化技术，在紫外光下用 电极降解水，产生 然而，的带隙很大，对可见光的使用受到限制相比之下，是一个高度各向异性的层状半导体结构，被 和 的配位所包围，和 呈，在层和 之间有内部电场的形成，内部电场会加速光生电子空穴对分离，减少电子空穴复合的可能性，同时 还具有合适的禁带宽度，可以有效地利用紫外光和可见光，使 表现出优异的光吸收能力和优越的光催化性能近年来，由于稀土离子掺杂的上转换（）材料具有良好的生物相容性、抗腐蚀、光催化和固态照明等特性，因此在各种应用中得到了广泛研究因为氟化物具有稳定的热力学性能、低声子能量和易于与稀土离子掺杂的特性，所以氟化物被广泛地选作稀土荧光材料的基底作为基底
3、具有较低的声子能量，是一种较好的蓝光激活剂，是一种非常好的敏化剂，在 波长处具有较宽的吸收截面且激发态寿命保持时间长，使 在激发态时可以将吸收的能量转移到激活剂上，从而实现较高的上转换发光效率 由一种具有周期性的网络结构的结晶多孔材料，并且是以金属离子或金属簇形成的无机金属中心，再和桥连的有机配体通过自组装而成的被称之为金属有机框架 是由 作为中心金属，对苯二甲酸（）作为有机配第 期 复合材料的制备及光催化性能研究体，以八面体形态连接三维立体骨架构建的一种金属有机框架（）是 的二级结构单元，是以 个氧原子为中心，由 个带苯环的羧基与苯环桥联在一起，具有孔径结构，并具有良好的热稳定性以及较高的比
4、表面积，但以 为光催化剂其利用可见光的效率较低且催化效率远低于实际需求该文以 为主体，采用了水热法，加入 和 两种材料，得到 复合材料，其光催化性能相较于纯 有较大提升 实验部分 仪器与试剂实验中五水合硝酸铋、氟化钾、三乙胺、二水合乙酸锌、碘化钾、对苯二甲酸、，二甲基甲酰胺、硝酸镱、硝酸铥、氟化氢铵和罗丹明 全部为分析纯（）级在降解罗丹明 的过程中，使用到了 型的可见氙灯、型号为 的磁力加热搅拌器、型号为 的台式高速离心机、型的可见光分光光度计和实验室自制的光催化设备 光催化剂的制备分别用五水合硝酸铋和碘化钾作为铋和碘的来源，用乙二醇和水为溶剂，采用水热法合成将五水合硝酸铋加入到乙二醇中，在室
5、温下用磁力搅拌器使五水合硝酸铋充分分散在乙二醇中，得到白色浑浊的溶液将碘化钾溶解在去离子水中，并在持续搅拌下滴加到上述白色浑浊溶液中，最终得到 为红色然后将其转移到反应釜中，在 的温度下充分反应 过滤后，用去离子水和无水乙醇洗涤 次，并在烘箱中干燥，得到 固体将乙酸锌和对苯二甲酸完全溶解在，二甲基甲酰胺中，把混合溶液转移到高压釜中，在 的烘箱中放置 反应完成后，在室温下自然冷却，之后过滤产物最终用，二甲基甲酰胺洗涤产物并将产物离心，用，二甲基甲酰胺反复洗涤直至溶液呈中性，最后在烘箱中干燥得到的白色固体粉末为 材料溶液 是氟化钾溶液与氟化氢铵溶液的混合溶液；溶液 是、硝酸铥和硝酸镱的混合溶液将溶
6、液 滴加到溶液 中，在室温下用磁力搅拌器，使溶液 与溶液 充分接触，然后将混合溶液放入高压反应釜中，下加热 然后将产物反复洗涤，洗涤至中性后在烘箱中干燥，得到产物 制备复合材料时，首先称量 并将其充分溶解在乙醇溶液中，记为溶 液，然 后 称 量（）和上述制备好的一定量的 分 散 在 乙 醇 溶 液 中 并 充 分 搅 拌 使（）完全溶解，记为溶液 溶液 和溶液 充分搅拌后，再将溶液 滴加到溶液 中，并将混合物转移到反应釜中反应 反应结束后，取出反应器并冷却至室温，洗涤产物直到溶液呈中性，然后将产物干燥，即可得到产物 合成 所需的 替换成上述的 后，即可得到 制备三元复合材料时，首先称量，将其充
7、分溶 解 乙 醇 溶 液 后 记 为 溶 液，然 后 称 量（）和上述制备的 在乙醇溶液中分散开记为溶液，将预先制备好的 在乙醇溶液中分散，此溶液即为溶液，边搅拌边将溶液 与溶液 充分混合，再将溶液 逐滴加入到溶液 与溶液 混合溶液中，将搅拌均匀的混合物转移至反应釜中完全反应后，冷却至室温，洗涤所得产物，直至溶液呈中性，然后将产物干燥，得到 复合材料，复合材料中 为，为 材料的测试及表征使用德国布鲁克公司 型号的射线衍射仪分析了样品的结构；使用日本岛津公司 型紫外分光光度计研究了样品的可见光吸收能力；使用日本日立公司型号为 扫描电子显微镜观察样品表面形貌；使用麦克默瑞提克仪器公司的 气体吸附仪
8、对样品比表面积进行研究；德国布鲁克公司型号为 的红外光谱仪对样品的结构进行哈尔滨师范大学自然科学学报 年 第 卷表征；使用美国安捷伦科技有限公司制造的 型荧光光谱仪分析样品的光致发光（）；光催化降解效率使用上海光谱仪器有限公司的 型可见分光光度计 光催化性能测试使用 的氙灯作为可见光源（滤波片 为 ），并取 浓度为 的 溶液在 溶液中加入 光催化剂，首先在黑暗处搅拌 使其达到吸附脱附平衡，打开光源后每 取 样品，离心后再用分光光度计在 （罗丹明 的最大吸收波长）测定其吸光度，最后使用公式（）计算光催化降解效率，公式（）中 是初始的吸光度，为间隔一定时间后的吸光度降解率（）结果与讨论 物相分析图
9、 为，和 的 图由图 可知，合成的 样品衍射峰与标准卡片（）一致，说明 成功制备，而且衍射峰尖锐说明 结晶完全水热法制备的 ，种复合材料的主要特征峰与 一致说明 和 的引入并没有改变 的晶体结构 形貌分析图 为，及 的 图像从图（）（）中可以看出纯 样品的片状结构，通过自主装形成了花球状如图（）可知，为形状规则的正方体结构，表面有清晰的小孔 是直径很小的纳米粒子，如图（）所示由图（）（）可知 的复合材料呈现出片状自主装形成的花球状，相较于纯的，片层变薄，加入的 纳米粒子，均匀的附着图 ，：和 的 图图 ，和 的 图（）（）；（）；（）；（）（）在片层表面 分析图 为，和 的红外光谱图由图 可以
10、看出，键的伸缩振动在 处，处是 不对称拉伸振动吸收峰，对称拉伸振动的吸收峰在 处，以上可以说明对苯二甲酸上羧基的 键第 期 复合材料的制备及光催化性能研究没有断裂 是 中四面体 晶体簇中 拉伸振动引起的特征吸收峰 和 复合后，处峰明显偏移，这表明 和 发生了一定的相互作用同时可以观察到 在 处的吸收峰有所偏移，证明 与 有可能发生相互作用 图 ，和 的 图 吸附脱附曲线（分析）如图 所示，以及 复合材料的氮气吸附脱附等温曲线由图 可以看出，在复合材料 的等温曲线上有 型滞后循环，这表明 复合材料主要是由纳米片堆积而成通过计算可以得到 和 的比表面积分别为、?，的比表面积为?，的比表面积为?，证
11、明 与 和 复合之后复合材料的比表面积明显增加 分析图 为，和 复合材料的 图从图中可以观察到 和 ，复合材料从紫外到可见光的光吸收范围不同在 图 ，和 复合材料的吸附脱附等温线范围内，复合材料的光吸收要显著高于，和 ，可推测 复合材料具有优异的可见光响应，可实现在可见光下降解有机染料图 ，：和 的 图（）；（）；（）；（）分析光致发光（）技术可以反映光诱导电子和空穴的复合程度，用光致发光（）技术来评价半导体材料的光催化性能 图 为，和 的光致发光光谱由图 可知，复合材料的光致发哈尔滨师范大学自然科学学报 年 第 卷光光谱强度和 复合材料的光致发光光谱强度比 的低，复合材料的光致发光光谱强度最
12、低，这表明 电子空穴复合最少，说明 和 与 复合有利于电子空穴的分离图 ，和 ：的 图 光催化性能测试通过实验室自制的光催化设备，在可见光（）下降解罗丹明，来研究，的光催化性能从图 可以看出，和 对浓度为 的降解率很低，可以认为 和 这 种材料本身不具有光催化性能复合材料光降解性能都高于纯 的降解性能，其中，对 的降解率分别为、和 可以证明复合材料的光催化性能随着 和 的添加，催化效果显著提高，而 的催化效果最好接下来探究复合材料 的光催化过程的可能机理，用抗坏血酸（），异丙醇（）和乙二胺四乙酸（）分别作为、和 的捕获剂图 为捕获剂对复合材料 光催化效果的影响，从图 中可以看出，在 为染料的降
13、解体系中，不使用任何捕收剂时 对 的降解率为，加入 后降解率仅为，而图 及 复合材料的光催化性能实验加入 后降解率变为，加入 后降解率变为，说明在光催化过程中起主要作用，其次为，作用最低图 捕获剂对复合材料 ：光催化效果的影响 结论该文首次采用水热法合成了 复合材料 复合材料在可见光照射下表现出优异的光催化活性，在可见光照射 内，复合材料对 的降解率达到 研究表明复合材料 光催化降解过程中在光催化过程中起主要作用，其次为，作用最低 复合材料的光催化性能的提高可能是由于其大的表面积、高可见光吸收和高电子空穴分离效率参 考 文 献 ，（）：第 期 复合材料的制备及光催化性能研究 ，（）：，：，（）：，：，（）：，（），（）：，（）：，（）：，（）：，（），（）：，（）（），（），（），（）：，（）：，：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（），：；（责任编辑：李家云）
