Lettvinte syntetiske enmetoden å få Vismut Oxyiodide mikrosfærer svært funksjonell for Photocatalytic prosesser av vann rensingen
Summary
Denne artikkelen beskriver en syntetisk metode for å få Vismut oxyiodide mikrosfærer, som er svært funksjonelle utføre photocatalytic fjerning av organiske miljøgifter, som ciprofloxacin, i vannet under UV-A/synlig lys bestråling.
Abstract
Vismut oxyhalide (BiOI) er et lovende materiale for sollys-drevet-miljø photocatalysis. At strukturen av denne typen materiale er sterkt knyttet til photocatalytic ytelsen, er det nødvendig å standardisere syntetiske metodene for å få de mest funksjonelle arkitekturene, og dermed den høyeste photocatalytic effektivitet. Her rapporterer vi en pålitelig rute å få BiOI mikrosfærer via solvothermal prosessen, med Bi (ingen3)3 og kalium iodide (KI) som prekursorer og etylenglykol som en mal. Syntese er standardisert i en 150 mL autoklav, ved 126 ° C i 18 t. Dette resulterer i 2-3 µm størrelse mesoporous mikrosfærer, med et relevant bestemt areal (61.3 m2/g). Kortere reaksjonstid i syntesen resulterer i amorfe strukturer, mens høyere temperaturer føre til en svak økning i porøsitet av mikrosfærer, med ingen effekt i photocatalytic ytelse. Materialene er Foto-aktiv under UV-A/synlig lys bestråling i nedbrytning av det antibiotikumet ciprofloxacin i vann. Denne metoden har vist for å være effektive i interlaboratory tester, skaffe lignende BiOI mikrosfærer i meksikanske og chilenske forskningsgrupper.
Introduction
En overflod av halvledere har blitt syntetisert så langt, satsing for photocatalysts med høy aktivitet under synlig lys bestråling, å svekke organiske forbindelser eller generere fornybar energi i form av hydrogen1,2. Vismut oxyhalides BiOX (X = Cl, Br eller jeg) er kandidater for slike programmer på grunn av deres høye photocatalytic effektivitet under synlig lys eller simulert sollys bestråling3,4. Bandet gapet energi (Eg) av Vismut oxyhalides reduseres med økningen av atomic antall metallhalid; dermed BiOI er materialet viser laveste aktivisering energi (Eg = 1,8 eV)5. Iodide atomer, limt via Van der Waals kraft til Vismut atomer, opprette et elektrisk felt som favoriserer migrering av kostnad flyselskapene til halvledere overflaten, utløser photocatalytic prosessen4,6. Videre har arkitektur i crystallite en avgjørende rolle i separa, sjon av kostnader bærere. Svært orientert konstruksjoner i (001) flyet og 3D strukturer (for eksempel mikrosfærer) lette kostnader bærer separasjon på bestråling, øke photocatalytic ytelse7,8,9 , 10 , 11 , 12. i lys av dette, er det nødvendig å utvikle pålitelige syntetiske metoder for å få strukturer som øke Foto-aktiviteten Vismut oxyhalide materiale.
Metoden solvothermal er langt, de mest brukte og studerte ruten å få BiOI mikrosfærer13,14,15,16. Noen metoder med ionic væsker har vært også rapporterte17, selv om utgifter forbundet med disse metodene kan være høyere. Microsphere struktur oppnås vanligvis ved hjelp av organiske løsemidler som etylenglykol, som fungerer som en koordinerende agent å danne metallisk alkoxides, noe som resulterer i en gradvis selv-montering [Bi2O2]2 + arter18 , 19. bruke solvothermal ruten med etylenglykol forenkler dannelsen av ulike morphologies ved å endre nøkkelparameterne reaksjon, som temperatur og reaksjonstid4,18. Det er en bred mengde litteratur på syntetiske metoder for å få BiOI mikrosfærer, som viser kontrasterende informasjon å oppnå svært fotoaktive strukturer. Denne detaljerte protokollen er rettet mot viser pålitelig syntetiske enmetoden å få BiOI mikrosfærer svært funksjonell i photocatalytic nedbrytning av miljøgifter i vann. Vi ønsker å hjelpe nye forskere til oppnår denne typen materialer, unngå de vanligste fallgruvene knyttet til synteseprosessen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Vi anser blanding av forløpere som det kritiske trinnet i solvothermal syntese av BiOI mikrosfærer. En veldig treg dryppende KI løsningen i Bi (ingen3)3 løsningen (på maksimalt 1 mL/min) er avgjørende for å få mesoporous mikrosfærer, siden sakte dannelse og selvstendig montering av [Bi2O2]2 plater , etterfulgt av bånd med iodide atomer danner BiOI laminater. Lamellae er murstein av mikrosfærer solvothermal trinn (figur 1). Tem…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne vil takke Secretaría de Ciencia, Tecnología e Innovación de la Ciudad de México for ressursene forutsatt for å gjennomføre dette arbeidet gjennom finansiert prosjektet SECITI/047/2016 og nasjonale midlene for vitenskapelig og teknologiutvikling Chile (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).
