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碳掺杂花球状Bi_(4)O_(5)Br_(1.87)Cl_(0.13)的构筑及其光催化性能研究

         
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卤氧化铋(BiOX)基光催化材料因具有优异的光催化性能近年来发展突飞猛进。为开发可见光响应的高效BiOX基光催化剂,以盐酸四环素为氯源和碳源,结合水热法和退火处理成功合成了碳掺杂的微纳米花球状固溶体(Bi_(4)O_(5)Br_(1.87)Cl_(0.13))。利用TEM,SEM,XPS,XRD等分析技术对其进行了微观形貌、化学结构、光电化学性质、光催化降解性能的表征。结果表明:Bi_(4)O_(5)Br_(1.87)Cl_(0.13)为纳米片组装的花球状形貌,其中Cl和C元素的引入诱导其价带和导带轨道发生高程度的杂化,产生一定的杂质能级。该杂质能级增强了催化剂对可见光的吸收,同时提供电荷传输的通道,促进电荷分离。另外,Bi_(4)O_(5)Br_(1.87)Cl_(0.13)相比于未改性的Bi_(4)O_(5)Br_(2)具有更窄的禁带宽度,在可见光下可获得更高的电子-空穴激发效率。通过300℃的退火处理,获得碳掺杂量为3.58%(质量分数)的Bi_(4)O_(5)Br_(1.87)Cl_(0.13)-300,其具有最优异的光催化性能。在35 W卤素灯光照下,1 h内Bi_(4)O_(5)Br_(1.87)Cl_(0.13)-300对甲基橙(10 mg/L)的降解率可达到88.29%,而Bi_(4)O_(5)Br_(2)在相同条件下对甲基橙的降解率仅有28.53%。分步降解研究表明,Bi_(4)O_(5)Br_(1.87)Cl_(0.13)-300优异的光催化性能主要是球形表面的纳米片状多级结构提供了大量的表面位点参与反应。研究成果为增强BiOX材料的光催化性能提供了新的参考。

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