【引言】

全球范圍內(nèi)日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問題已經(jīng)制約著人類社會的可持續(xù)發(fā)展。另外，全國生態(tài)環(huán)境保護(hù)大會上總書記指示要堅決打好污染防治攻堅戰(zhàn)。光催化技術(shù)是一種利用太陽能進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化用于環(huán)境凈化的綠色高級氧化技術(shù)。科學(xué)研究者關(guān)注的焦點是半導(dǎo)體材料的化學(xué)組成和微觀結(jié)構(gòu)的調(diào)控進(jìn)而影響材料的氧化能力和物理化學(xué)性能，尤其是利用可見光誘導(dǎo)的高效光催化劑（如碘氧化鉍）來進(jìn)行環(huán)境凈化。

【成果簡介】

近期，揚州大學(xué)侯建華博士與北京理工大學(xué)曹傳寶教授（共同通訊作者）報道了嵌入香蒲草碳的燈籠狀碘氧化鉍材料具有優(yōu)越的可見光催化性能。在Dalton Transactions上全文發(fā)表題為“Lantern-like bismuth oxyiodide embedded typha-based carbon via in situ self-template and ion exchange-recrystallization for high-performance photocatalysis”，并入選內(nèi)封面論文。研究人員首先在氨氣氣氛中直接碳化生物質(zhì)廢棄物（枯萎的香蒲草）獲得氮摻雜的竹管狀碳材料（NTC）。室溫攪拌合成的BiOI/NTC作為自我犧牲模板，加入NH₃?H₂O，利用原位離子交換-再結(jié)晶機(jī)制合成出具有微/納分級結(jié)構(gòu)的Bi₇O₉I₃/NTC。實驗結(jié)果顯示，在2 h內(nèi)，Bi₇O₉I₃/NTC能夠在可見光下降解93.5%的甲基橙和97.6%的羅丹明B，這展現(xiàn)出比純BiOI更優(yōu)越的可見光催化性能。這主要歸功于以下特征：
(I) 微/納分級結(jié)構(gòu)有利于縮短污染物擴(kuò)散路徑；
(II) 入射光在燈籠狀結(jié)構(gòu)中可以通過反射作用被高效利用；
(III) 高比表面積為污染物降解提供多的活性位點；
(IV) 超薄納米片結(jié)構(gòu)可以通過縮短擴(kuò)散路徑減少e^--h⁺對的復(fù)合率；(V) NTC作為電子受體可以加快其轉(zhuǎn)移，通過界面作用進(jìn)一步阻礙通過e^--h⁺對的復(fù)合；
(VI) NTC高的比表面積為表面吸附氧分子提供足夠的空間，然后與e^?反應(yīng)產(chǎn)生更多?O₂^?；
(VII) Bi₇O₉I₃中大量的氧空位可以作為電子接收器，增強(qiáng)電荷的傳輸，抑制e^--h⁺對的復(fù)合；(VIII) 低含量的碘元素可提高導(dǎo)/價帶的還原/氧化電位，增強(qiáng)氧化還原能力。

因此，此工作研究出一種可控的綠色方法，為設(shè)計優(yōu)化的碘氧化鉍基光催化材料提供指導(dǎo)作用，并顯示良好的潛力應(yīng)用于環(huán)境修復(fù)。

【圖文導(dǎo)讀】

圖1 Bi₇O₉I₃/NTC的合成流程圖

圖2 BiOI、Bi₇O₉I₃和Bi₇O₉I₃/NTC的XRD圖

圖3 BiOI、Bi₇O₉I₃和Bi₇O₉I₃/NTC的XPS光譜、氮吸附-脫附等溫線和相應(yīng)的孔隙大小分布圖

圖4-5 BiOI、Bi₇O₉I₃、NTC和Bi₇O₉I₃/NTC的微觀形貌表征

圖6 NTC、BiOI、Bi₇O₉I₃和Bi₇O₉I₃/NTC在可見光照射下對甲基橙和羅丹明B光催化降解曲線以及對應(yīng)的動力學(xué)研究

圖7 BiOI、Bi₇O₉I₃和Bi₇O₉I₃/NTC的紫外可見漫反射光譜、帶寬分析圖、VB XPS譜、光致發(fā)光光譜以及Bi₇O₉I₃/NTC光催化反應(yīng)機(jī)理

【小結(jié)】

該工作報道了利用一種綠色、簡易、快速的原位離子交換-再結(jié)晶機(jī)制，成功制備出具有微/納分級結(jié)構(gòu)的Bi₇O₉I₃/NTC材料。其中，由相互連接的超薄納米薄片組成的燈籠狀Bi₇O₉I₃牢固地嵌入NTC的“竹管”中，賦予其充分的界面和較高的比表面積。燈籠狀結(jié)構(gòu)、低碘含量和良好接觸界面等的多重協(xié)同效應(yīng)使Bi₇O₉I₃/NTC材料表現(xiàn)出高效的可見光催化活性，優(yōu)于其他報道的碘氧化鉍基材料性能。本作品可為設(shè)計優(yōu)化的碘氧化鉍基光催化材料提供指導(dǎo)作用，并在水環(huán)境修復(fù)方面具有很大的應(yīng)用潛力。

文章鏈接:
Lantern-like bismuth oxyiodide embedded typha-based carbon via in situ self-template and ion exchange-recrystallization for high-performance photocatalysis (Dalton Trans., 2018, 47, 6692-6701, DOI: 10.1039/c8dt00570b)。