Un Facile metodo sintetico per ottenere bismuto Oxyiodide microsfere altamente funzionale per i processi fotocatalitici di depurazione delle acque
Summary
Questo articolo viene descritto un metodo sintetico per ottenere microsfere oxyiodide di bismuto, che sono altamente funzionali per eseguire la rimozione di fotocatalitica di inquinanti organici, come la ciprofloxacina, in acqua sotto irradiazione di luce UV-A/visibile.
Abstract
Bismuto oxyhalide (BiOI) è un materiale promettente per fotocatalisi luce solare-driven-ambientale. Dato che la struttura fisica di questo tipo di materiali è altamente correlata alla performance fotocatalitico, è necessario standardizzare i metodi sintetici al fine di ottenere le architetture più funzionale e, quindi, il più alto fotocatalitici efficienza. Qui, segnaliamo un percorso affidabile per ottenere microsfere di BiOI tramite il processo di solvothermal, utilizzando Bi (NO3)3 e ioduro di potassio (KI) come precursori e glicole etilenico come un modello. La sintesi è standardizzata in autoclave a 150 mL, a 126 ° C per 18 h. In questo modo 2-3 µm-dimensioni mesoporosi microsfere, con una superficie specifica pertinente (61,3 m2/g). Accorciando i tempi di reazione nella sintesi si traduce in strutture amorfe, mentre temperature più elevate conducono ad un leggero aumento nella porosità delle microsfere, con nessun effetto nelle prestazioni fotocatalitico. I materiali sono fotoattivi sotto irradiazione di luce UV-A/visibile per la degradazione della ciprofloxacina antibiotica in acqua. Questo metodo ha dimostrato di essere efficace nelle prove interlaboratori, ottenere simili BiOI microsfere in gruppi di ricerca messicano e cileno.
Introduction
Una pletora di semiconduttori è stata sintetizzata finora, puntando fotocatalizzatori con alta attività sotto irradiazione di luce visibile, per degradare composti organici o per generare energia rinnovabile sotto forma di idrogeno1,2. Bismuto oxyhalides BiOX (X = Cl, Br o io) sono candidati per tali applicazioni a causa della loro efficienza fotocatalitica alta sotto luce solare visibile di luce o simulate irradiazione3,4. L’energia di gap di banda (Eg) del bismuto oxyhalides diminuisce all’aumentare del numero atomico di alogenuri; così, BiOI è il materiale visualizzando l’energia di attivazione più bassa (Eg = 1,8 eV)5. Atomi di ioduro, legati tramite forza di Van der Waals agli atomi di bismuto, creano un campo elettrico che favorisce la migrazione degli elementi portanti della carica alla superficie del semiconduttore, innescando il fotocatalitico processo4,6. Inoltre, l’architettura dei cristalliti ha un ruolo critico nella separazione, zione degli elementi portanti della carica. Strutture fortemente orientate nel piano (001) e 3D (ad esempio microsfere) facilitare la separazione di carica vettore all’irradiazione, aumentando le fotocatalitico prestazioni7,8,9 , 10 , 11 , 12. alla luce di ciò, è necessario sviluppare metodi affidabili sintetici per ottenere strutture che amplificano il foto-attività dei materiali oxyhalide bismuto.
Il metodo solvothermal è, di gran lunga, il più comunemente usato e studiato il percorso per ottenere BiOI microsfere13,14,15,16. Alcune metodologie usando i liquidi ionici sono stati anche segnalati17, anche se le spese associate a queste metodologie possono essere superiori. Struttura di microsfere è solitamente ottenuta utilizzando solventi organici come il glicol etilenico, che agisce come un agente di coordinamento per formare gli alcossidi metallici, risultante in un graduale autoassemblanti di [Bi2O2]2 + specie18 , 19. utilizzando la route solvothermal con glicole etilenico facilita la formazione di morfologie diverse modificando i parametri chiavi nella reazione, quali temperatura e tempo di reazione4,18. C’è un vasto corpo di letteratura su metodi sintetici per ottenere BiOI microsfere, che mostra informazioni contrastanti per realizzare strutture altamente fotoattivi. Questo protocollo dettagliato è mirata a mostrare un affidabile metodo sintetico per ottenere BiOI microsfere altamente funzionale nella degradazione fotocatalitica di inquinanti nelle acque. Abbiamo intenzione di aiutare nuovi ricercatori per ottenere con successo questo tipo di materiali, evitando le insidie più comuni associate al processo di sintesi.
Protocol
Representative Results
Discussion
Consideriamo la miscela dei precursori come il passaggio fondamentale nella sintesi delle microsfere di BiOI solvothermal. Una molto lenta stillicidio della soluzione KI nella soluzione Bi (NO3)3 (al massimo di 1 mL/min) è cruciale per ottenere microsfere mesoporosi, poiché permette la formazione lenta e auto-assemblaggio delle lastre+ 2 [Bi2O2] , seguita dal legame con gli atomi di iodio per formare i laminati di BiOI. Le lamelle sono i mattoni delle microsfere ne…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori vogliono ringraziare il Secretaría de Ciencia, Tecnología e Innovación de la Ciudad de México per le risorse fornite per svolgere questo lavoro attraverso il progetto SECITI/047/2016 e i fondi nazionali per la scientifica e sviluppo tecnologico Cile (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).
