La掺杂 BiFeO3对苯酚光催化降解性能的影响

苯酚是一种稳定、毒性大且难降解的有机物,对人类和生态环境产生很大威胁,因此急需研发出能有效移除工业废水中苯酚污染物的方法.其中,绿色、高效的光催化氧化技术得到研究人员青睐.在半导体光催化剂中, BiFeO3具有带隙窄(2.2–2.5 eV)、化学稳定性好及成本低等优点,被看作是最有潜力的光催化剂.但是, BiFeO3存在光生电子空穴对复合率高,制备过程中易形成杂质相的缺点,使得其光催化活性很差,限制了 BiFeO3在光催化领域的应用.异种离子的引入能产生杂质能级或裁剪半导体带隙,同时促进光生载流子分离,故可考虑采用离子掺杂改性 BiFeO3的手段来抑制杂质相生成,提高载流子分离,从而提高 BiFeO3的光催化性能.本文以柠檬酸为络合剂,通过一步溶胶凝胶法合成了系列样品 Bi1-xLaxFeO3(摩尔分数x =0,0.10,0.15,0.20).通过 X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见漫反射(UV-Vis DRS)及荧光光谱(PL)等手段对不同样品的物相、形貌、表面价态和光学性能进行了表征.并通过活性物种捕获实验和羟基自由基(?OH)产生实验分析了 Bi0.85La0.15FeO3样品在苯酚降解过程中的主要活性物种和降解机理.相对于单相 BiFeO3, La改性 BiFeO3催化剂的光降解苯酚性能均有提高,其中 La最佳掺杂量为0.15.在模拟太阳光下照射180 min后, Bi0.85La0.15FeO3的光催化活性达到96%,同时 COD去除率达到81.53%,并表现出好的循环使用活性和稳定性.研究发现,该光催化过程中主要的活性物种为?OH. XRD, SEM, TEM和 EDS结果表明, La元素掺杂进 BiFeO3结构中,且各元素分布均匀,同时,适量 La元素掺杂能有效抑制杂质相 Bi25FeO40的形成,而且 La掺杂 BiFeO3样品的颗粒尺寸略有减小,有利于电子空穴转移. XPS显示, La改性 BiFeO3样品的表面有氧空位形成,将有利于有机物的吸附和降解;另外,羟基氧和吸附氧含量增大,有利于活性氧物种形成. UV-Vis DRS和 PL测试证明, La改性后的样品对可见光的响应增强,样品带隙变窄,产生杂质能级,抑制了光生载流子复合,有利于产生更多载流子来促进活性物种形成,从而提高光催化活性.氧物种捕获实验说明,在 Bi0.85La0.15FeO3参与的苯酚降解过程中的主要活性物种是?OH,同时?OH的产生实验也证明了在光照下?OH在 Bi0.85La0.15FeO3光催化剂表面持续产生,并提出了光催化降解机理.     

掺杂型烧绿石La_2Sn_(1.7)Co_(0.3)O_(7-δ)逆负载CeO_2催化剂的甲烷催化燃烧性能

用溶胶凝胶-浸渍法在900℃煅烧3 h后制备了烧绿石逆负载型催化剂Ce O2/La2Sn1.7Co0.3O7-δ,并用于甲烷催化燃烧反应,显示出较好的催化燃烧活性.催化剂还具有良好的高温热稳定性和可重复利用性能,可使甲烷转化90%的温度(T90)降到564℃,与相同条件下制备的单一烧绿石型催化剂La2Sn1.7Co0.3O7-δ和La2Sn1.7Co0.3O7-δ与Ce O2机械混合的催化剂相比,T90分别降低78和135℃.X射线衍射结果表明,烧绿石型逆负载催化剂具有Ce O2和La2Sn1.7Co0.3O7-δ2种物相,在逆负载型催化剂中的Ce O2比机械混合催化剂中的Ce O2分散程度更好;H2程序升温还原实验也证实逆负载催化剂Ce O2/La2Sn1.7Co0.3O7-δ的相应3个还原峰温度均比单一烧绿石型催化剂La2Sn1.7Co0.3O7-δ相应3个还原峰温度明显降低;透射电子显微镜和原子力显微镜结果表明,逆负载催化剂Ce O2/La2Sn1.7Co0.3O7-δ抗烧结能力强,颗粒分散均匀,粒径尺寸相应较小;穆斯堡尔谱和X射线光电子能谱结果证明逆负载催化剂Ce O2/La2Sn1.7Co0.3O7-δ结构中结晶相Sn4+含量较高,表面晶格氧数量较多,这是烧绿石逆负载型催化剂具有良好甲烷催化燃烧性质的主要原因.