研究目的
通过协同结合表面氧空位与界面电荷转移,在Fe(III)/Bi2MoO6纳米复合材料中开发一种用于可见光下降解苯酚的高效光催化剂。
研究成果
F/BMO-SOVs复合材料由于表面氧空位与界面电荷转移的协同效应,在可见光下对苯酚降解表现出显著增强的光催化活性,该效应可缩小带隙、改善光吸收并促进电荷分离。这一方法为开发高效环境修复光催化剂提供了有前景的策略。
研究不足
该研究仅限于以苯酚为模型污染物的实验室规模实验,未涉及放大实验及对复杂基质实际废水的应用。最佳Fe(III)负载量为15%,超过该比例因复合位点和遮光效应导致活性下降。该机制依赖可见光照射等特定条件,在其他光源下可能无效。
1:实验设计与方法选择:
通过煅烧结合浸渍法制备具有表面氧空位(F/BMO-SOVs)的Fe(III)/Bi2MoO6以增强光催化活性,理论模型采用密度泛函理论(DFT)进行能带结构分析。
2:样品选择与数据来源:
样品包括纯Bi2MoO6(BMO)、含表面氧空位的BMO(BMO-SOVs)、Fe(III)/BMO(F/BMO)及不同Fe(III)摩尔比(5%-25%)的F/BMO-SOVs,以苯酚为模型污染物。
3:实验设备与材料清单:
设备包括XRD(岛津XRD-7000)、XPS(PHI-5400)、场发射扫描电镜(JSM-6700F)、高分辨透射电镜(JEM-2100)、电子顺磁共振仪(JEOL ES-ED3X和布鲁克ESR JES-FA200)、拉曼光谱仪(Horiba Jobin-Yvon LabRam HR800)、紫外-可见分光光度计(岛津UV-2550)、光致发光及瞬态光致发光光谱仪(Horiba FLTCSPC)、电化学分析仪(CHI660D)、总有机碳分析仪(VARIO, Elementar)及400W卤素灯(配420nm截止滤光片)。材料包括Bi(NO3)3·5H2O、Na2MoO4·2H2O、乙二醇、乙醇、Fe(NO3)3和苯酚。
4:0)、XPS(PHI-5400)、场发射扫描电镜(JSM-6700F)、高分辨透射电镜(JEM-2100)、电子顺磁共振仪(JEOL ES-ED3X和布鲁克ESR JES-FA200)、拉曼光谱仪(Horiba Jobin-Yvon LabRam HR800)、紫外-可见分光光度计(岛津UV-2550)、光致发光及瞬态光致发光光谱仪(Horiba FLTCSPC)、电化学分析仪(CHI660D)、总有机碳分析仪(VARIO, Elementar)及400W卤素灯(配420nm截止滤光片)。材料包括Bi(NO3)3·5H2O、Na2MoO4·2H2O、乙二醇、乙醇、Fe(NO3)3和苯酚。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:通过溶剂热法合成BMO,煅烧引入SOVs后负载Fe(III)团簇,以可见光降解苯酚评估光催化活性,定时取样并通过紫外-可见和TOC测定分析。表征手段包括XRD、XPS、SEM、TEM、EPR、拉曼、紫外-可见漫反射、PL、TR-PL、光电流及电化学阻抗谱。
5:数据分析方法:
降解速率采用准一级动力学分析,能带间隙计算使用Kubelka-Munk方程,电子结构模拟通过DFT实现。
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X-ray diffractometer
XRD-7000
Shimadzu
Characterize crystalline nature and purity of samples
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Field emission scanning electron microscope
JSM-6700F
JEOL
Record FE-SEM images for morphology analysis
-
High-resolution transmission electron microscope
JEM-2100
JEOL
Obtain HRTEM images for microstructure analysis
-
Electron paramagnetic resonance spectrometer
JEOL ES-ED3X
JEOL
Perform in situ EPR measurements
-
ESR spectrometer
Bruker ESR JES-FA200
Bruker
Examine ESR signals of radicals
-
UV-Vis spectrophotometer
Shimadzu UV-2550
Shimadzu
Obtain UV-Vis diffuse reflectance spectra
-
Electrochemical analyzer
CHI660D
CHI Shanghai, Inc.
Perform photoelectrochemical properties such as photocurrent and electrochemical impedance spectra
-
X-ray photoelectron spectrometer
PHI-5400
PHI
Analyze chemical compositions and surface electronic states
-
Raman microspectrometer
Horiba Jobin-Yvon LabRam HR800
Horiba
Record Raman spectra
-
Fluorescence spectrophotometer
Horiba FLTCSPC
Horiba
Detect room-temperature photoluminescence and time-resolved photoluminescence spectra
-
Halogen lamp
400W
Nanjing XuJiang electrical and mechanical plant
Serve as visible light source for photocatalytic activity tests
-
Total organic carbon analyzer
VARIO
Elementar
Record TOC in phenol solution
-
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