Снисходительный синтетический метод для получения висмута Oxyiodide микросферы высокофункциональная фотокаталитический процессов очистки воды
Summary
Эта статья описывает синтетический метод для получения висмута oxyiodide микросферы, которые являются весьма функциональный выполнять фотокаталитический удаления органических загрязнителей, таких как ципрофлоксацин, в воде под UV-A/видимый свет облучения.
Abstract
Висмут oxyhalide (BiOI) является перспективным материалом для солнечного света driven экологические Фотокатализ. Учитывая, что высоко физической структуры такого рода материалов связана с его фотокаталитический производительности, необходимо стандартизировать синтетических методов с целью получения наиболее функциональной архитектуры и, таким образом, высокий фотокаталитический эффективность. Здесь мы приводим надежный маршрут для получения BiOI микросферы через процесс solvothermal, используя Bi (№3)3 и йодида калия (KI) прекурсоров, а также этиленгликоля в качестве шаблона. Синтез стандартизирован в автоклаве 150 мл, на 126 ° C для 18 h. Это приводит к 2-3 мкм размера мезопористых микросферы, с соответствующей удельной площади поверхности (61,3 м2/г). Сокращение времени реакции в синтезе приводит аморфных структур, в то время как высоких температур приведет к незначительное увеличение в пористость микросферы, без эффекта в исполнении фотокаталитический. Материалы, Фото активные под UV-A/видимый свет облучения для деградации антибиотика ципрофлоксацина в воде. Этот метод показал эффективность в межлабораторных испытаний, получения аналогичных BiOI микросфер в мексиканской и чилийских исследовательских групп.
Introduction
Множество полупроводников синтезирована пока, направленных для фотокатализаторы с высокой активностью в видимый свет облучения, разлагаться органические соединения или для создания возобновляемых источников энергии в виде водорода1,2. Висмут oxyhalides BiOX (X = Cl, Br, I) являются кандидатами для таких приложений, из-за их высокой фотокаталитический эффективность в видимый свет или смоделированные солнечного облучения3,4. Группа зазор энергии (Eg) висмута oxyhalides уменьшается с увеличением Атомный номер галоидных; Таким образом, BiOI это материал, отображение низкая энергия активации (Eg = 1.8 eV)5. Иодид атомов, тычковой через ван дер Ваальса силы атома висмута, создание электрического поля, что способствует миграции носителей заряда на поверхности полупроводника, вызывая фотокаталитический процесс4,6. Кроме того архитектура кристаллитов имеет решающую роль в комнате, Тион носителей заряда. Высоко ориентированный на плоскости (001) и 3D конструкций (например, микросферы) облегчить разделение несущей заряд после облучения, увеличивая фотокаталитический производительности7,8,9 , 10 , 11 , 12. с учетом этого необходимо разработать надежные синтетические методы для получения структур, которые повышают фото деятельность висмута oxyhalide материалов.
Метод solvothermal является, на сегодняшний день, наиболее часто используемые и изучал маршрут для получения BiOI микросферы13,14,,1516. Некоторые методики с использованием ионные жидкости были также сообщил17, хотя расходы, связанные с этими методологиями может быть выше. Микросфера структура обычно извлекаются с использованием органических растворителей, таких как гликоль этилена, который выступает в качестве координирующего агент сформировать металлические качестве, что приводит к постепенной самостоятельной сборки [Bi2O2]2 + видов18 , 19. используя solvothermal маршрут с этиленгликоля облегчает формирование различных морфологии, изменив ключевых параметров в реакции, такие как температура и время реакции4,18. Существует широкий объем литературы на синтетические методы для получения BiOI микросферы, который показывает контрастные информацию для достижения весьма фотоактивного структур. Этот подробный протокол направлен на показаны надежный синтетических метод для получения BiOI микросферы весьма функциональный в деградации фотокаталитический загрязняющих веществ в воде. Мы намерены помочь новые исследователи успешно получить такого рода материалов, избежать наиболее распространенных ошибок, связанных с процессом синтеза.
Protocol
Representative Results
Discussion
Мы считаем смесь прекурсоров как важный шаг в solvothermal синтезе BiOI микросфер. Очень медленно капает ки решения в решение Bi (№3)3 (на максимум 1 мл/мин) имеет решающее значение для получения мезопористых микросферы, так как он позволяет медленное формирование и самостоятельной сб?…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы хотят поблагодарить Secretaría de науки, Tecnología e Innovación-де-ла Сьюдад де Мехико для ресурсов предусмотрено осуществлять эту работу в рамках финансируемого проекта SECITI/047/2016 и национальные фонды для науки и технологического развития Чили (НФНТИ 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).
