新型羟基氧化铁复合光催化材料的构筑及光催化性能研究

[44]。实验采用三电极配置，电解质为0.5mol/L的无水硫酸钠溶液。将5毫克光催化剂与10毫升Nafion溶液物理混合，然后超声5分钟，制备出工作电极。铂（Pt）和银/氯化银电极分别用作对电极和参比电极。测量期间，用锡箔包裹工作电极的边缘，以确保导电表面与电极之间的电接触。光催化剂的光电化学性能在光照下进行了评估。2.4光催化性能评价2.4.1光催化降解盐酸土霉素在实验过程中，盐酸土霉素（OTC）被用作模拟污染物，并以300W的氙灯作为光源。通过使用滤光片，成功去除了紫外光部分，从而确保实验条件的准确性。所有实验均在双层夹套玻璃烧杯中进行，全程保持冷凝水的流通，以消除温度升高对实验结果可能产生的干扰。通过这些严格的实验条件控制，确保了实验数据的准确性和可靠性。准确称取50mg光催化剂，加入100mL10mg/L的盐酸土霉素溶液混匀，并将其置于磁力搅拌器上。暗吸附30min，光照30min，并每隔10min吸取5mL，于354nm下测定上清液的吸光度Ct，C0为盐酸土霉素溶液的吸光度，以Ct/C0为横坐标，时间t为纵坐标，绘制光催化降解效率曲线。这一曲线直观地展示了盐酸土霉素在光催化反应过程中降解效率随时间的变化趋势。2.4.2光催化降解亚甲基蓝在实验过程中，采用亚甲基蓝（MB）作为模拟污染物，并以300W的氙灯作为光源。通过使用滤光片，成功去除了紫外光部分，从而确保实验条件的准确性。所有实验均在双层夹套玻璃烧杯中进行，全程保持冷凝水的流通，以消除温度升高对实验结果可能产生的干扰。通过这些严格的实验条件控制，确保了实验数据的准确性和可靠性。准确称取50mg光催化剂，加入100mL10mg/L的亚甲基蓝溶液混匀，并将其置于磁力搅拌器上。暗吸附30min，光照30min，并每隔10min吸取5mL，于354nm下测定上清液的吸光度Ct，C0为亚甲基蓝溶液的吸光度，以Ct/C0为横坐标，时间t为纵坐标，绘制光催化降解效率曲线。这一曲线直观地展示了亚甲基蓝在光催化反应过程中降解效率随时间的变化趋势。3结果与讨论3.1结构表征3.1.1扫描电子显微镜分析（SEM）在去离子水中超声分散PTCDA，待分散完全后，逐滴滴入FeSO4·7H2O溶液中，接下来逐滴滴入30%H2O2溶液，剧烈搅拌，无气体生成后，转移至水热反应釜中，150℃24h。弃去上清液，并用乙醇和蒸馏水多次洗涤，离心收集沉淀，于80℃下烘干12h，研磨得复合材料。将复合材料通过扫描电子显微镜测试，并分析其表面形貌，如图3-1所示；由图3-1a可知，单体PTCDA是通过纳米棒的堆叠呈现出块状结构，其表面光滑；从图3-1b可以看到，纯相的α-FeOOH呈现出纳米片堆叠形成的团聚体结构，并且纳米片间存在明显空隙，表面质感粗糙，且纳米片形状不规则，在堆积过程中形成大小不一的块状聚集体；通过图3-1c复合材料的SEM图可以看出，α-FeOOH均匀分布在PTCDA表面上，并且使PTCDA表面变得粗糙，且α-FeOOH和PTCDA结合紧密，以上结果说明α-FeOOH与PTCDA的成功复合。图3-1样品的SEM照片（a）PTCDA；（b）α-FeOOH；（c）α-FeOOH/PTCDA3.1.2X射线粉末衍射(XRD)测试为了进一步证明复合样品成功的制备，我们对样品进行了XRD测试分析，如图3-2所示。从图中可以看到PTCDA在12.4°、22.8°和27.6°处出现对应(001)(201)和(202)晶面衍射峰,通过对晶格空间的分析，表现出强烈而尖锐的衍射峰；从复合样品中发现，在12.4°、22.8°和27.6°处出现对应(001)(201)和(202)晶面衍射峰，通过对晶格空间的分析，所有光催化剂都表现出强烈而尖锐的衍射峰，表明制备的样品结晶度高。在12.4°22.8°和27.6°处出现对应(001)(201)和(202)晶面衍射峰，这表明α-FeOOH已被成功的掺杂到纳米棒堆叠的块状PTCDA当中。图3-2XRD测试分析图3.1.3傅里叶变换红外光谱分析（FTIR）为了确定样品结构，如图3-3为纯相PTCDA、α-FeOOH和α-FeOOH/PTCDA复合样品的傅里叶变换红外光谱图。由图可知，PTCDA在1233cm-1附近出现了吸收峰，这是由于C-H伸缩振动产生的，在1599cm-1附近出现了吸收峰，这是由于C=C伸缩振动产生的，而在图中α-FeOOH/PTCDA复合样品的傅里叶变换红外光谱曲线上，同样观察到了在1233cm-1和1599cm-1附近出现的吸收峰，证明α-FeOOH/PTCDA复合样品中PTCDA的存在；由图可知，α-FeOOH在1132cm-1附近出现了吸收峰，这是由于Fe-O伸缩振动产生的，而在图中α-FeOOH/PTCDA复合样品的傅里叶变换红外光谱曲线上，同样观察到了在1132cm-1附近出现的吸收峰，证明α-FeOOH/PTCDA复合样品中α-FeOOH的存在；α-FeOOH与PTCDA的所有特征峰在复合样品中均有体现，这一特征说明了与α-FeOOH/PTCDA成功复合。图3-3样品的FTIR谱图3.1.4光电化学性质测试分析为了探究催化剂的光生载流子动力学行为，如图3-4（a）所示为纯相α-FeOOH及α-FeOOH/PTCDA复合样品的电化学阻抗图，明显可以看出α-FeOOH/PTCDA复合样品对应的交流阻抗曲线半径小于α-FeOOH，说明α-FeOOH/PTCDA复合材料具有更强的光生电子传输能力，光生载流电子向表面迁移速率更快，有利于电子空穴的分离，催化剂的性能更好。图3-4（b）为光照下纯相α-FeOOH、PTCDA及α-FeOOH/PTCDA复合样品的光电流曲线图，在相同的实验条件下，与α-FeOOH相比，α-FeOOH/PTCDA复合材料的光电性能更好，具有更高的光载流子密度。图3-4（a）不同样品的阻抗曲线；（b）不同样品光照下的光电流曲线3.2光催化剂的光催化活性3.2.1光催化降解盐酸土霉素图3-5是α-FeOOH、PTCDA以及α-FeOOH/PTCDA复合样对盐酸土霉素的光催化降解效率图，由图可知，暗反应阶段（-30-0min)，α-FeOOH、PTCDA以及α-FeOOH/PTCDA复合样对盐酸土霉素光降解效果差距不大；光反应阶段(0-40min)，α-FeOOH/PTCDA复合样降解效率明显高于α-FeOOH和PTCDA，此时α-FeOOH和PTCDA降解效率曲线在这一范围斜率相似；光反应阶段(40-80min)，α-FeOOH降解效率高于α-FeOOH/PTCDA复合样和PTCDA，但α-FeOOH/PTCDA复合样降解总量仍然优于另外两者，此时，降解效率曲线在这一范围斜率为α-FeOOH>α-FeOOH/PTCDA复合样>PTCDA；光反应阶段(80-120min)，α-FeOOH降解效率高于α-FeOOH/PTCDA复合样和PTCDA，但α-FeOOH/PTCDA复合样降解总量仍然优于另外两者，此时，α-FeOOH/PTCDA复合样和PTCDA降解效率曲线在这一范围斜率相似。以上结果也进一步说明α-FeOOH和PTCDA结合紧密，再次验证了α-FeOOH与PTCDA的成功复合。图3-5光催化降解盐酸土霉素性能从整体来看，不难看出α-FeOOH、PTCDA以及α-FeOOH/PTCDA复合样对盐酸土霉素光降解效果差距巨大。实验结果表明α-FeOOH/PTCDA复合催化剂相较α-FeOOH和PTCDA对于盐酸土霉素的降解性能得到了明显提高。3.2.2光催化降解亚甲基蓝图3-6是α-FeOOH、PTCDA以及α-FeOOH/PTCDA复合样对亚甲基蓝的光降解效率图，由图可知，暗反应阶段（-30-0min)，α-FeOOH、PTCDA以及α-FeOOH/PTCDA复合样对亚甲基蓝光降解效果差距不大；光反应阶段(0-40min)，α-FeOOH/PTCDA复合样降解效率明显高于α-FeOOH和PTCDA，此时PTCDA、α-FeOOH、α-FeOOH/PTCDA复合样的降解效率曲线在这一范围斜率依次增大；光反应阶段(40-80min)，α-FeOOH/PTCDA复合样降解效率高于α-FeOOH和PTCDA，，此时PTCDA、α-FeOOH、α-FeOOH/PTCDA复合样的降解效率曲线在这一范围斜率也依次增大；光反应阶段(80-120min)，α-FeOOH/PTCDA复合样降解效率高于α-FeOOH和PTCDA，此时PTCDA、α-FeOOH、α-FeOOH/PTCDA复合样的降解效率曲线在这一范围斜率依然依次增大。以上结果进一步说明α-FeOOH/PTCDA复合样将α-FeOOH和PTCDA这两种材料的优势紧紧结合，证明了实验方案的正确性。由图中可以看出α-FeOOH、PTCDA以及α-FeOOH/PTCDA复合样对亚甲基蓝光降解效果差距巨大。实验结果表明α-FeOOH/PTCDA复合催化剂相较α-FeOOH和PTCDA对于亚甲基蓝的降解性能得到了明显提高。图3-6亚甲基蓝光催化性能评价图4结论FeOOH与PTCDA作为一种新兴的光反应催化材料，尽管展现出潜在的应用价值，但仍存在若干不足与缺陷。鉴于此，本研究致力于通过复合构筑异质结策略优化其性能。具体而言，将α-FeOOH与PTCDA进行复合，形成了新型α-FeOOH/PTCDA光催化剂，探讨了其对光降解盐酸土霉素，亚甲基蓝污染物效果的影响，通过实验得出了如下结论：（1）通过扫描电子显微镜与傅里叶红外光谱分析，证明了α-FeOOH与PTCDA的成功复合。通过光电化学性质测试分析，深入分析了其光生载流子的分离情况，结果表明，α-FeOOH与PTCDA的复合可拓宽了光催化剂的可见光吸收范围，从而增强光生载流子的分离效率。（2）α-FeOOH与PTCDA复合后