Summary

물 Depuration의 촉매 프로세스에 대 한 매우 기능적 비스무트 Oxyiodide 스피어를 손쉬운 합성 방법

Published: March 29, 2019
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Summary

이 문서를 받는 고 기능 UV-A/표시 빛 조사에서 물에, ciprofloxacin 등 유기 오염 물질의 촉매 제거를 수행 하는 비스무트 oxyiodide 스피어 합성 방법을 설명 합니다.

Abstract

비스무트 oxyhalide (BiOI)은 햇빛-구동-환경 광 촉매에 대 한 유망 소재. 그 재료의이 종류의 물리적 구조는 높은 촉매 성능 관련, 그것은 가장 기능 아키텍처 및, 따라서, 높은 촉매를 얻기 위하여 합성 방법을 표준화 하는 데 필요한 효율성입니다. 여기, 우리는 템플릿으로 사용 하 여 Bi (3)3 및 요오드 화 칼륨 (KI) 선구자, 및 에틸렌 글리콜으로는 solvothermal 과정을 통해 BiOI 스피어를 신뢰할 수 있는 경로 보고 합니다. 합성 18 h 126 ° C에서 150 mL 압력솥에서 표준화 이다. 2-3 µ m 크기의 mesoporous 스피어 관련 특정 표면 영역 (61.3 m2/g)와 함께 발생합니다. 더 높은 온도 촉매 성능에 아무런 영향 스피어의 다공성에 약간의 증가를 동안 비정 질 구조에 결과 합성에서 반응 시간을 단축. 자료 사진-액티브는 물에서 항생제 ciprofloxacin의 저하에 대 한 UV-A/표시 빛 방사선에서. 이 메서드는 연구실 테스트, 멕시코와 칠레 연구 그룹에서 유사한 BiOI 스피어를 얻기에 효과를 설명 했다.

Introduction

반도체의 과다는 지금까지 광 촉매에 대 한 표시 빛 방사선, 유기 화합물을 타락 하거나 신 재생 에너지 수소1,2의 형태로 생성 아래 높은 활동 목표로 합성 되어 있다. 비스무트 oxyhalides BiOX (X = Cl, Br, I) 보이는 빛 또는 가상 햇빛 조사3,4에서 그들의 높은 촉매 효율 때문에 이러한 응용 프로그램에 대 한 후보 있다. 비스무트 oxyhalides의 밴드 갭 에너지 (Eg); 할로겐의 원자 번호의 증가 함께 감소 따라서, BiOI는 가장 낮은 활성화 에너지를 표시 하는 자료 (Eg = 1.8 eV)5. 요오드 화물 원자, 창 연 원자, 반 데르 발스 힘을 통해 보 세 촉매 과정4,6트리거링 반도체 표면에 전 하 운반자의 이동 호의 전기 필드를 만듭니다. 또한, 건축은 crystallite의 separa, 전 하 운반자의 기에에서 중요 한 역할을 하고있다. (001) 면에서 매우 지향된 구조와 (스피어) 같은 3D 구조는 방사선, 촉매 성능7,,89 증가 시 요금 캐리어 분리를 용이 하 게 , 10 , 11 , 12.이 비추어 그것은 비스무트 oxyhalide 자료의 사진 활동을 강화 하는 구조를 신뢰할 수 있는 합성 방법을 개발 하는 데 필요한.

Solvothermal 메서드를 사용 하면, 훨씬, 가장 일반적으로 사용 이며 경로 BiOI 스피어13,14,,1516를 공부. 이온 액체를 사용 하 여 일부 방법론 되었습니다 또한 보고17, 비록 이러한 방법론과 관련 된 비용이 높을 수 있습니다. 스피어 구조는 일반적으로 에틸렌 글리콜, 금속 alkoxides는 점진적 자체 조립 [Bi2O2]2 + 18 의 결과 형성 하는 조정 에이전트 역할 같은 유기 용 매를 사용 하 여 얻어진 , 19. 반응 온도 반응 시간4,18등에서 키 매개 변수를 변경 하 여 다른 형태학의 형성을 용이 하 게 에틸렌 글리콜 solvothermal 경로 사용 하 여. 다양 한 신체의 문학 BiOI 스피어, 높은 광 구조를 달성 하기 위해 대조 정보 표시를 합성 하는 방법에 있다. 이 상세한 프로토콜 신뢰할 수 있는 가상 메서드를 BiOI 스피어 높은 물에서 오염 물질의 촉매 저하에서 기능을 보여주는 목적 이다. 우리 새로운 연구 성공적으로 재료의이 종류를 얻을 수 있도록 합성 프로세스와 관련 된 가장 일반적인 함정을 피하는 것입니다.

Protocol

참고: 화학 시 약을 사용 하기 전에 모든 물질 안전 데이터 시트 (MSDS)를 참조 하십시오. 실험실 외 투와 장갑을 착용 하 여 모든 안전 프로토콜을 따릅니다. 광 촉매 테스트 중 UV 보호 안전 유리를 착용 합니다. 나노가 그들의 선구자에 비해 중요 한 유해 효과 제공할 수 있습니다 다는 것을 유의 하십시오. 1입니다. BiOI 스피어의 준비 솔루션 12.9104 g을 60 ml ?…

Representative Results

BiOI의 3D 마이크로 구조 성공적으로 제안된 된 합성 방법에 의해 합성 되었다. 이것은 SEM 이미지 그림 1a-c에 표시에 의해 확인 되었다. 스피어 두 개의 요오드 화물 원자1보 세 [Bi2O2]2 +의 적 층 구조에서 형성 된다. 이러한 매개 변수는 oxyhalide3,4…

Discussion

우리는 BiOI 스피어의 solvothermal 합성에 중요 한 단계로 선구자의 혼합을 고려합니다. (최대 1 mL/min)에서 Bi (3)3 솔루션으로 기 솔루션의 매우 느리게 떨어지는 얻을 mesoporous 스피어, 이후 느린 형성 수 있도록 자기 집합 [Bi2O2]+ 2 석판의 결정적 이다 BiOI 라미네이트를 요오드 화물 원자와 결합 하 여 다음. lamellae는 solvothermal 단계 (그림 1)?…

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

저자 Secretaría 데 많은 감사 하 고, 기술과 e Innovación 드 라 시 우다 드 드 멕시코는 자원에 대 한 제공 SECITI/047/2016, 투자 프로젝트를 통해이 작품 및 국가 자금 과학 및 기술 개발에 대 한 수행 하 칠레 (FONDECYT 11170431)입니다.

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

  1. 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).
  2. Wang, H., et al. Semiconductor heterojunction photocatalysts: Design, construction, and photocatalytic performances. Chemical Society Reviews. 43 (15), 5234-5244 (2014).
  3. 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).
  4. 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).
  5. Meng, X., Zhang, Z. Bismuth-based photocatalytic semiconductors: Introduction, challenges and possible approaches. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. 423, 533-549 (2016).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).
  24. 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).
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Diesen Artikel zitieren
Durán-Álvarez, J. C., Martínez, C., Mera, A. C., Del Angel, R., Gutiérrez-Moreno, N. J., Zanella, R. A Facile Synthetic Method to Obtain Bismuth Oxyiodide Microspheres Highly Functional for the Photocatalytic Processes of Water Depuration. J. Vis. Exp. (145), e59006, doi:10.3791/59006 (2019).

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