研究目的
首次采用溶剂剥离法合成BiOIO3/g-C3N4/MoS2三元复合光催化剂,并研究其在可见光照射下对气态汞的光催化去除活性。
研究成果
BiOIO3/g-C3N4/MoS2三元光催化剂(尤其是BCM-0.3)展现出优异的光催化性能,在可见光下实现了70.58%的Hg0去除效率,这归因于异质结构的形成、电荷分离的增强以及MoS2带来的活性位点增加。该催化剂在多次循环中表现出高稳定性。这项工作为三元材料的电荷分离与传输提供了见解,为开发高效异质结光催化剂提供了有前景的方法。
研究不足
该研究仅限于模拟烟气的实验室规模实验;实际工业应用可能面临规?;捌宄煞直浠奶粽?。过高的MoS2含量(如BCM-0.4和BCM-0.5)因屏蔽效应和复合中心导致性能下降,表明存在最佳掺杂水平。比表面积并非决定性能的关键因素,暗示其他机制起主导作用。
1:实验设计与方法选择:
本研究通过水热法合成BiOIO3/g-C3N4,采用超声溶剂剥离法引入MoS2,制备BiOIO3/g-C3N4/MoS2三元光催化剂。该设计旨在通过异质结构形成和增加活性位点来提升光催化性能。
2:样品选择与数据来源:
样品包括不同MoS2质量比(1:1:
3:1至
1:0.5)的BiOIO3/g-C3N4及BiOIO3/g-C3N4/MoS2复合材料。数据来源于表征技术和光催化实验。
4:5)的BiOIO3/g-C3N4及BiOIO3/g-C3N4/MoS2复合材料。数据来源于表征技术和光催化实验。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:设备包括扫描电镜(LEO 1530VP)、透射电镜(Philips CM200)、X射线衍射仪(Rigaku D/MAX 3C)、X射线光电子能谱(PHI5300)、比表面积分析仪(Hitachi F 4600)、傅里叶变换红外光谱仪(Nicolet Nexus)、紫外-可见漫反射光谱仪(Agilent 8453)、光致发光光谱仪(Edinburgh FLS920)、时间分辨光致发光光谱仪(Edinburgh Instruments FS5)以及配备9W LED灯的光催化反应器。材料为五水硝酸铋、碘酸钾、尿素、乙醇及市售块状MoS2。
5:0)、X射线衍射仪(Rigaku D/MAX 3C)、X射线光电子能谱(PHI5300)、比表面积分析仪(Hitachi F 4600)、傅里叶变换红外光谱仪(Nicolet Nexus)、紫外-可见漫反射光谱仪(Agilent 8453)、光致发光光谱仪(Edinburgh FLS920)、时间分辨光致发光光谱仪(Edinburgh Instruments FS5)以及配备9W LED灯的光催化反应器。材料为五水硝酸铋、碘酸钾、尿素、乙醇及市售块状MoS2。 实验步骤与操作流程:
4. 实验步骤与操作流程:BiOIO3通过水热法合成,g-C3N4经煅烧制得,BiOIO3/g-C3N4通过水热处理制备。BiOIO3/g-C3N4/MoS2复合材料通过在乙醇中超声剥离制得。光催化测试将35mg催化剂分散于石英玻璃上,吸附-脱附平衡后进行可见光照射并测量Hg0去除率。
6:数据分析方法:
采用XRD分析晶体结构,SEM/TEM观察形貌,XPS确定化学状态,BET测定比表面积,FT-IR分析官能团,UV-vis研究光学性质,PL/TRPL评估电荷分离效率,计算公式见式(1)。
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X-ray Diffraction
D/MAX 3C
Rigaku
To investigate the crystalline state and composition of the samples using Cu Kα radiation.
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Brunauer-Emmett-Teller
F 4600
Hitachi
To test the specific surface area and porosity of the samples using N2 adsorption/desorption.
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UV–vis Diffuse Reflectance Spectra
8453
Agilent
To explore the optical adsorption traits of materials over the range 200–800 nm.
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Photoluminescence Spectra
FLS920
Edinburgh
To test photoluminescence intensities and charge separation efficiency at room temperature.
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Time-resolved Photoluminescence Spectra
FS5
Edinburgh Instruments
To test the lifetime of charge carriers in the samples.
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Scanning Electron Microscope
1530VP
LEO
To observe the microstructures and morphologies of the photocatalysts.
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Transmission Electron Microscopy
CM200
Phillips
To analyze the microstructures and high-resolution images of the samples.
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X-ray Photoelectron Spectroscopy
PHI5300
PHI
To explore the surface properties and chemical states of elements in the samples.
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Fourier Transform-Infrared
Nicolet Nexus
Nicolet
To investigate the functional groups and bonding states of the samples.
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LED Lamp
9 W
To provide visible light irradiation for photocatalytic experiments, with a 400 nm filter.
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Mercury Analyzer
RA-915M
Lumex
To measure gas-phase Hg0 concentration online.
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PSA Mercury Generator
To generate Hg0 vapor for the photocatalytic experiments, controlled at 50°C.
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Autoclave
150 ml Teflon lined stainless
Used for hydrothermal synthesis of BiOIO3 and BiOIO3/g-C3N4.
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Muffle Furnace
Used for calcination to prepare g-C3N4 from urea.
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