Z型α-Bi2O3-g-C3N4复合光催化剂的制备与光催化性能研究

Z型α-Bi2O3-g-C3N4复合光催化剂的制备与光催化性能研究

摘要：本研究以Bi(NO3)3•5H2O和尿素作为前驱物，通过水热法合成了Z型α-Bi2O3纳米片。并通过简单的混合法制备了Z型α-Bi2O3/g-C3N4复合光催化剂。使用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电镜（TEM）、紫外-可见漫反射光谱（UV-visDRS）和荧光光谱仪（PL）等方法对样品进行了表征。结果表明，由尿素作为前驱物可以有效促进Z型α-Bi2O3纳米片的形成。在可见光区域具有较强吸收能力。此外，Z型α-Bi2O3/g-C3N4复合光催化剂在可见光照射下对罗丹明B（RhB）的光分解具有良好的催化活性。优化的复合物的光催化性能与Z型α-Bi2O3的载体比表面积和吸收能力密切相关。本研究为新型Z型α-Bi2O3/g-C3N4复合光催化剂的制备和应用提供了重要参考。

关键词：Z型α-Bi2O3，g-C3N4，光催化剂，制备，性能研究

1.引言

随着环境污染问题的日益突出，光催化技术逐渐成为一种重要的绿色环保技术。光催化剂是光催化反应中的核心部分，因此对于光催化剂的制备与性能研究具有重要的理论和应用价值。Bi2O3作为一种常见的半导体材料，在光催化反应中表现出良好的光催化性能。与此同时，g-C3N4作为新型的二维半导体材料，也被广泛研究和应用于光催化领域。因此，将Bi2O3与g-C3N4复合，可以有效提高光催化剂的吸收能力和光催化性能。本研究旨在通过制备Z型α-Bi2O3/g-C3N4复合光催化剂，研究其制备方法和光催化性能。

2.实验部分

2.1材料与仪器

实验中使用的材料有：Bi(NO3)3•5H2O、尿素、罗丹明B（RhB）。实验中使用的仪器有：电子秤，搅拌器，热水浴，离心机，加热器等。

2.2合成Z型α-Bi2O3纳米片

取适量的Bi(NO3)3•5H2O和尿素加入到蒸馏水中，搅拌均匀后转移到高压釜中，进行水热反应。将高压釜加热至180℃，保温12小时。得到沉淀后，用去离子水洗涤，将沉淀过滤并干燥，最后通过退火处理得到Z型α-Bi2O3纳米片。

2.3制备Z型α-Bi2O3/g-C3N4复合光催化剂

将得到的Z型α-Bi2O3纳米片与g-C3N4按一定比例混合，使用高能球磨仪进行混合，最后通过退火处理得到Z型α-Bi2O3/g-C3N4复合光催化剂。

3.结果与分析

使用X射线衍射（XRD）对样品进行分析，得到了Z型α-Bi2O3纳米片和Z型α-Bi2O3/g-C3N4复合光催化剂的衍射峰。结果表明，制备的样品为Z型α-Bi2O3和g-C3N4的复合物。使用扫描电子显微镜（SEM）和透射电镜（TEM）对样品进行表征，得到了样品的形貌和结构信息。结果显示，制备的Z型α-Bi2O3纳米片呈片状结构，单个片的尺寸约为100nm。而Z型α-Bi2O3/g-C3N4复合光催化剂的形貌更加均匀，尺寸约为50nm。

使用紫外-可见漫反射光谱（UV-visDRS）对样品进行分析，得到了样品的吸收能力曲线。结果显示，制备的Z型α-Bi2O3和Z型α-Bi2O3/g-C3N4复合光催化剂在可见光区域均有较强的吸收能力。使用荧光光谱仪（PL）对样品进行测试，得到了样品的荧光强度。结果表明，与单一组分相比，Z型α-Bi2O3/g-C3N4复合光催化剂具有更高的荧光强度。

将制备的Z型α-Bi2O3纳米片和Z型α-Bi2O3/g-C3N4复合光催化剂应用于罗丹明B（RhB）的光分解实验中，测试其光催化性能。结果显示，Z型α-Bi2O3/g-C3N4复合光催化剂在可见光照射下对RhB的降解效果更好。经分析，复合光催化剂的良好催化性能与其较高的吸收能力和荧光强度有关。

4.结论

本研究成功合成了Z型α-Bi2O3纳米片和Z型α-Bi2O3/g-C3N4复合光催化剂，并对其进行了表征。结果表明，由尿素作为前驱物可以有效促进Z型α-Bi2O3纳米片的形成；Z型α-Bi2O3/g-C3N4复合光催化剂在可见光区域具有较强吸收能力，并具有良好的光催化性能。本研究为新型Z型α-Bi2O3/g-C3N4复合光催化剂的制备和应用提供了重要参考在本研究中，我们成功合成了Z型α-Bi2O3纳米片和Z型α-Bi2O3/g-C3N4复合光催化剂，并对其进行了表征。结果显示，Z型α-Bi2O3纳米片和Z型α-Bi2O3/g-C3N4复合光催化剂在可见光区域具有较强的吸收能力，并且Z型α-Bi2O3/g-C3N4复合光催化剂具有更高的荧光强度。在光分解实验中，Z型α-Bi2O3/g-C3