שיטה סינתטית נתיישב כדי להשיג Oxyiodide Microspheres ביסמוט פונקציונליים מאוד עבור תהליכי Photocatalytic מים Depuration
Summary
מאמר זה מתאר שיטה סינתטית כדי להשיג ביסמוט oxyiodide microspheres, אשר הם פונקציונליים מאוד כדי לבצע את ההסרה photocatalytic של מזהמים אורגניים, ציפרופלוקסאצין, במים תחת הקרנה אור UV-A/גלוי.
Abstract
ביסמוט oxyhalide (BiOI) הינו חומר מבטיח עבור photocatalysis הקבלה אור השמש-מונחה-סביבתי. בהתחשב בכך המבנה הפיזי של סוג זה של חומרים מאוד קשורה הביצועים photocatalytic שלו, יש צורך לתקנן את השיטות סינטטי על מנת לקבל את ארכיטקטורות הכי פונקציונלי, וכך את photocatalytic הגבוהה ביותר יעילות. כאן, אנו מדווחים נתיב אמין כדי להשיג BiOI microspheres דרך התהליך solvothermal, באמצעות Bi (3)3 ואשלגן יודיד (KI) סימנים מקדימים, וכן אתילן גליקול כתבנית. הסינתזה יתוקנן ב החיטוי 150 מ”ל, ב 126 מעלות צלזיוס במשך 18 h. התוצאה 2-3 microspheres mesoporous בגודל מיקרומטר, עם אזור משטח ספציפי רלוונטי (2מ’ 61.3 /g). קיצור זמני התגובה בסינתזה תוצאות מבנים אמורפיים, בזמן שהטמפרטורות להוביל עלייה קלה ב- נקבוביות microspheres, עם אין שום השפעה של המופע photocatalytic. החומרים הינם צילום פעיל תחת הקרנה אור UV-A/גלוי לפירוק ציפרופלוקסאצין אנטיביוטיים במים. שיטה זו הוכיחה תהיה יעילה בבדיקות interlaboratory, קבלת microspheres BiOI דומים בקבוצות מחקר מקסיקני, צ’ילה.
Introduction
שפע של מוליכים למחצה יש להיות מסונתז עד כה, כיוון photocatalysts עם פעילות גבוהה תחת גלוי הקרנה אור, כדי לבזות את תרכובות אורגניות או כדי להפיק אנרגיה מתחדשת בצורה של מימן1,2. ביסמוט oxyhalides BiOX (X = קלרנית, Br או אני) הם מועמדים עבור יישומים כגון בגלל היעילות שלהם גבוהה photocatalytic תחת שמש בהיר או מדומה גלוי הקרנה3,4. האנרגיה הפער הלהקה (Eg) של ביסמוט oxyhalides יורדת עם העלייה של המספר האטומי של הליד; לפיכך, BiOI הוא החומר הצגת אנרגיית השפעול הנמוך (Eg = 1.8 eV)5. יודיד אטומים, בונדד דרך ואן דר Waals כוח אטומי ביסמוט, ליצור שדה חשמלי מיטיבה את ההעברה של נושאי המטען אל פני השטח מוליכים למחצה, מפעילה את תהליך photocatalytic4,6. יתר על כן, הארכיטקטורה של crystallite יש תפקיד קריטי separa, tion של נושאי המטען. אוריינטציה גבוהה מבנים בתוך המטוס (001) ומבנים תלת-ממד (כגון microspheres) להקל על ההפרדה נושאת מטען על הקרנה, הגדלת8,9 7,ביצועים photocatalytic , 10 , 11 , 12. לאור זאת, יש צורך לפתח שיטות סינתטי אמין כדי להשיג מבנים אשר להגביר את הפעילות-צילום של החומרים oxyhalide ביסמוט.
השיטה solvothermal הוא, ללא ספק, הנפוץ ביותר בשימוש ולמד את המסלול כדי להשיג BiOI microspheres13,14,15,16. כמה מתודולוגיות באמצעות נוזלים יוניים היה גם דיווח17, למרות בהוצאות הקשורות מתודולוגיות אלה יכול להיות גבוה יותר. ננו-ספירה מבנה מתקבלת בדרך כלל שימוש בממסים אורגניים כגון אתילן גליקול, אשר פועל כסוכן תיאום כדי ליצור alkoxides מתכתי, וכתוצאה מכך הדרגתי עצמית בהרכבת [Bi2O2]2 + מינים18 , 19. באמצעות המסלול solvothermal עם אתילן גליקול מקלה על היווצרות מורפולוגיות שונות על-ידי שינוי מפתח הפרמטרים התגובה, כגון טמפרטורה וזמן תגובה4,18. יש גוף רחב של ספרות על שיטה סינתטית BiOI microspheres, אשר מציג מידע מנוגדים כדי להשיג מבנים מאוד photoactive. פרוטוקול מפורט זה מכוונת מציג שיטה אמינה סינתטיים כדי להשיג BiOI microspheres מאוד פונקציונלי, השפלה photocatalytic של מזהמים במים. אנו מתכוונים לעזור לחוקרים חדש בהצלחה להשיג סוג זה של חומרים, הימנעות למלכודות הנפוצות ביותר הקשורות בתהליך סינתזה.
Protocol
Representative Results
Discussion
אנו רואים את התערובת של סימנים מקדימים כשלב קריטי בסינתזה solvothermal של microspheres BiOI. טפטוף איטי מאוד של הפתרון קי לתוך הפתרון3 Bi (3) (ב לכל היותר 1 mL/min) הוא קריטי להשיג mesoporous microspheres, שכן הוא מאפשר היווצרות איטי, הרכבה עצמית הלוחות+2 [Bi2O2] , ואחריו לקשר עם האטומים יודיד כדי ?…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים רוצה להודות Ciencia דה את לשכת התיירות העירונית, Tecnología e Innovación de la Ciudad de México עבור המשאבים הניתנים לביצוע עבודה זו באמצעות הפרויקט ממומן SECITI/047/2016, וקרנות הלאומית מדעי ופיתוח טכנולוגי צ’ילה (FONDECYT 11170431).
Materials
| Bismuth(III) nitrate pentahydrate | Sigma Aldrich | 383074 | ACS reagent, ≥98.0% |
| Potassium iodide | Sigma Aldrich | 746428 | ACS reagent, ≥98.0% |
| Ethylene glycol | Sigma Aldrich | 324558 | Anhydrous, 99.8% |
| Ethanol | Meyer | 5405 | Technical Grade, 96% |
| Ciprofloxacin | Sigma Aldrich | 17850 | HPLC, ≥98.0% |
| Cary 5000 UV-Vis-NIR spectrophotometer | Agilent | Used for the Band gap determination by the Tauc model. | |
| JSM-5600 Scanning Electron Microscope | JOEL | Used for the SEM images. | |
| Autosob-1 | Qantachrome Instruments | Used for the determination of surface area and pore diameter. | |
| TOC-L Total Organic Carbon Analyzer | Shimadzu | Used for determination of total organic carbon in water samples. | |
| Bruker AXS D8 Advance – X-ray Diffraction | Bruker | Determination of crystal structure and crystallite size |
Referenzen
- Yu, C., Zhou, W., Liu, H., Liu, Y., Dionysiou, D. D. Design and fabrication of microsphere photocatalysts for environmental purification and energy conversion. Chemical Engineering Journal. 287, 117-129 (2016).
- Wang, H., et al. Semiconductor heterojunction photocatalysts: Design, construction, and photocatalytic performances. Chemical Society Reviews. 43 (15), 5234-5244 (2014).
- Chou, S. Y., Chen, C. C., Dai, Y. M., Lin, J. H., Lee, W. W. Novel synthesis of bismuth oxyiodide/graphitic carbon nitride nanocomposites with enhanced visible-light photocatalytic activity. RSC Advances. 6, 33478-33491 (2016).
- Siao, C. W., et al. Controlled hydrothermal synthesis of bismuth oxychloride/bismuth oxybromide/bismuth oxyiodide composites exhibiting visible-light photocatalytic degradation of 2-hydroxybenzoic acid and crystal violet. Journal of Colloid and Interface Science. 526, 322-336 (2018).
- Meng, X., Zhang, Z. Bismuth-based photocatalytic semiconductors: Introduction, challenges and possible approaches. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. 423, 533-549 (2016).
- Wang, Y., Deng, K., Zhang, L. Visible light photocatalysis of BiOI and its photocatalytic activity enhancement by in situ ionic liquid modification. Journal of Physical Chemistry C. 115 (29), 14300-14308 (2011).
- Xiao, X., Zhang, W. De Facile synthesis of nanostructured BiOI microspheres with high visible light-induced photocatalytic activity. Journal of Materials Chemistry. 20 (28), 5866-5870 (2010).
- Chen, C. C., et al. Bismuth oxyfluoride/bismuth oxyiodide nanocomposites enhance visible-light-driven photocatalytic activity. Journal of Colloid and Interface Science. 532, 375-386 (2018).
- Xia, J., et al. Self-assembly and enhanced photocatalytic properties of BiOI hollow microspheres via a reactable ionic liquid. Langmuir. 27 (3), 1200-1206 (2011).
- Mera, A. C., Contreras, D., Escalona, N., Mansilla, H. D. BiOI microspheres for photocatalytic degradation of gallic acid. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. 318, 71-76 (2016).
- Pan, M., Zhang, H., Gao, G., Liu, L., Chen, W. Facet-dependent catalytic activity of nanosheet-assembled bismuth oxyiodide microspheres in degradation of bisphenol A. Environmental Science and Technology. 49 (10), 6240-6248 (2015).
- Hu, J., et al. Solvents mediated-synthesis of BiOI photocatalysts with tunable morphologies and their visible-light driven photocatalytic performances in removing of arsenic from water. Journal of Hazardous Materials. 264, 293-302 (2014).
- Ye, L., Su, Y., Jin, X., Xie, H., Zhang, C. Recent advances in BiOX (X = Cl, Br and I) photocatalysts: Synthesis, modification, facet effects and mechanisms. Environmental Science: Nano. 1 (2), 90-112 (2014).
- Qin, X., et al. Three dimensional BiOX (X=Cl, Br and I) hierarchical architectures: Facile ionic liquid-assisted solvothermal synthesis and photocatalysis towards organic dye degradation. Materials Letters. 100, 285-288 (2013).
- Chou, S. Y., et al. A series of BiO x I y/GO photocatalysts: synthesis, characterization, activity, and mechanism. RSC Advances. 6 (86), 82743-82758 (2016).
- Shi, X., Chen, X., Chen, X., Zhou, S., Lou, S. Solvothermal synthesis of BiOI hierarchical spheres with homogeneous sizes and their high photocatalytic performance. Materials Letters. 68, 296-299 (2012).
- Di, J., et al. Reactable ionic liquid-assisted rapid synthesis of BiOI hollow microspheres at room temperature with enhanced photocatalytic activity. Journal of Materials Chemistry A. 2 (38), 15864-15874 (2014).
- Ren, K., et al. Controllable synthesis of hollow/flower-like BiOI microspheres and highly efficient adsorption and photocatalytic activity. CrystEngComm. 14 (13), 4384-4390 (2012).
- Lei, Y., et al. Room temperature, template-free synthesis of BiOI hierarchical structures: Visible-light photocatalytic and electrochemical hydrogen storage properties. Dalton Transactions. 39 (13), 3273-3278 (2010).
- Montoya-Zamora, J. M., Martínez-de la Cruz, A., López Cuéllar, E. Enhanced photocatalytic activity of BiOI synthesized in presence of EDTA. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers. 75, 307-316 (2017).
- He, R., Zhang, J., Yu, J., Cao, S. Room-temperature synthesis of BiOI with tailorable (0 0 1) facets and enhanced photocatalytic activity. Journal of Colloid and Interface Science. 478, 201-208 (2016).
- Song, J. M., Mao, C. J., Niu, H. L., Shen, Y. H., Zhang, S. Y. Hierarchical structured bismuth oxychlorides: self-assembly from nanoplates to nanoflowers via a solvothermal route and their photocatalytic properties. CrystEngComm. 12, 3875-3881 (2010).
- Mera, A. C., Váldes, H., Jamett, F. J., Meléndrez, M. F. BiOBr microspheres for photocatalytic degradation of an anionic dye. Solid State Science. 65, 15-21 (2017).
- Kong, X. Y., Lee, W. C., Ong, W. J., Chai, S. P., Mohamed, A. R. Oxygen-deficient BiOBr as a highly stable photocatalyst for efficient CO2 reduction into renewable carbon-neutral fuels. ChemCatChem. 8, 3074-3081 (2016).
