邓文星 杨龚燕 马雪康 古应敏 秦饶 李建伟

摘 要：本文采用方沉淀法制备出了Bi5O7I纳米片，利用XRD、SEM、UV等技术对其成分、形貌及光催化性能进行了研究。研究结果表明制备的Bi5O7I纳米片对苯酚水溶液表现出优异的可见光催化性能。其源于制备的Bi7O5I具有较好的结晶性，二维纳米片结构且在一定可见光范围具有较好的光吸收性能。

关键词：Bi5O7I纳米片 苯酚 光催化

引言

科技日新月异，在社会工农业得到迅猛发展与人类生活水平得到快速提高的同时，人们赖以生存的水资源污染地日益严重，对社会的生态平衡和人类的生产生活及健康已经造成十分严重的威胁。当前，工业和生活废水成分更加复杂，含有许多毒性和难降解有机污染物，如酚、氯苯酚与多氯联苯等化合物;传统处理污水的物理法、化学法与生物法等方法具有高能耗、成本高、处理不彻底且二次污染等问题，因此需要发展具有节能、环保和低成本的新技术用于水污染治理。

太阳能是一种重要的可再生能源，具有对环境友好，无污染、用之不竭等优点;因此发展能够利用太阳能的新型环境污染治理技术，从未来前瞻性都受到各界密切关注。半导体光催化是在太阳光照下光催化剂能够把污染物降解为二氧化碳和水等无害小分子技术。降解彻底、对污染物没有选择性、无二次污染、能耗低、催化剂可以重复利用等优点，有望成为21世纪水环境污染治理最有效的方法之一。由于TiO2化学性质稳定、难溶无毒且成本低，成为光催化处理污水的重要研究对象。然而其较大的光学带隙（约3.32eV）且光生电子空穴对易复合等问题，导致降解有机废水率低[1，2]。因此十分有必要发展新的可见光催化剂。

基于此，本文采用简单的沉淀法制备出了Bi5O7I纳米片，以苯酚的水溶液为污染物研究其光催化性能，并根据其光学带隙对其光催化机理进行分析。

一、制备与表征

1.Bi5O7I纳米片的制备

实验过程中所用试剂均为分析纯， 购买后直接使用。 制备过程具体操作如下：将20 ml 醋酸加入盛有70 ml纯水烧杯中且搅拌使其均匀混合，其次添加0.015 mol Bi（NO3）·5H20，搅拌得到透明的溶液，再次加入0.015 mol KI 加入上述溶液中，继续搅拌12h，静置得到白色沉淀，并在80 °C下干燥12 h，最后以2 °C/min升温到500 °C煅烧2 h，得到Bi5O7I纳米片。

2.催化剂的表征

样品的物相用X射线用衍射仪Bruker D8 Advance 型（德國），λ = 1.5418 ?， Cu Kα射线，扫描范围为10°-70°。用JSM-6510型（日本）扫描电子显微镜（SEM）观察样品形貌。样品的紫外-可见（UV-Vis）吸收光谱及光催化性能在Evolution 220 UV-Vis型（美国热电）紫外-可见分光光度计上测试， 以 BaSO4与纯水为参照。

3.光催化降解实验

光催化反应在 TK-GHX型（郑州）光化学反应仪中进行，500 W 氙灯作为光源。反应进行时，用石英冷阱使得冷阱和反应器中的温度保持恒定在（20±1）℃.取样品20mg放入到10mg/1L的 80 mL苯酚水溶液试管中，先暗反应 1 h达到吸附平衡。每间隔10分钟抽取3 mL反应液用紫外可见光度计进行测量溶液的紫外可见吸收，根据比尔定律进行定量分析样品的光催化效果。

二、结果与分析

1.结构与形貌表征

图1（a）是预制备样品的XRD图。从XRD图谱中可以看出样品的衍射峰与Bi7O5I的标准卡（JCPDS No.3-733标准卡）对应，没有其他杂质的衍射峰，说明样品为纯相的Bi7O5I。衍射峰相对强度较大且半峰宽度较小，表明样品具有较好的结晶度，其有利于光生电子空穴对分离。图1（b）是预制备Bi7O5I的SEM图，从图中可以看出预制备Bi7O5I样品是单一的纳米片结构，尺度比较均匀，厚度约为100 nm，且分散性好;二维纳米片结构使预制备的Bi7O5I不但具有较大比表面积，而且可能会有更多的光催化活性位点被暴露，进而提高样品的光催化性能[3]。

2.光催化活性测试与UV分析

图2（a）是在可见光照射下，Bi7O5I纳米片对苯酚的水溶液中的苯酚降解率与时间的关系。 从图2（a）表明随着时间增加，降解率增加，光照100 min 时，降解率达到99%，说明Bi7O5I纳米片是优良的可见光催化剂。光催化剂的光催化性能与其禁带宽度及吸收光谱性能密切相关[4]，因此对Bi7O5I纳米片做了紫外-可见分光吸收实验，结果见图2（b）。从图2中可以看出Bi7O5I纳米片不仅在紫外光区间表现出很强吸光收性能，而且在380nm-450nm 可见光范围也具有较强吸收，吸收边约为450 nm左右，光学禁带宽度约为2.76eV，相对二氧化钛具有小于光学禁带宽度，因此具有相对比较优异可见光催化性能。

三、结论

利用沉淀法成功地制备了Bi7O5I纳米片，并且其表现出优异可见光催化性能，并且基于XRD、SEM与紫外-可见吸收光谱结果对其光催化性能进行了分析。其优异光催化性能源于制备的Bi7O5I具有较好的结晶性，二维纳米片结构且在一定可见光范围具有较好的光吸收性能。

参考文献

[1]段芳，张琴，魏取福，施冬健，陈明清.  铋系半导体光催化剂的光催化性能调控[J]，化学进展. 2014，（26）30-40.

[2]张金水，王博，王心晨.氮化碳聚合物半导体光催化[J]，2014， （26）19-29.

[3]余长林，操芳芳，舒庆，包玉龙，谢志鹏，YU Jimmy C，杨 凯[J]，物理化学学报. 2012，（28）： 647-653.