活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　近期水污染和能源危機的問題影響以后的可持續發展。半導體光催化劑，是解決環境和能源問題的一種材料。構建異質結或設計新型納米結構被認為是一種半導體光催化活性的方法。在此，制造了一種合適的材料活性炭與碘氧化鉍的復合物。制備的活性炭表現出明顯的紅移和增加可見光的吸收范圍。Bi-C鍵的存在證實了異質結，由此BiOI納米片在碳的表面上緊密生長并隨后提供了分級結構，足夠的相互作用力和高比表面積。

　　將BiOI與制造的多孔碳材料組合可以滿足光催化活性所需的特征。BiOI/碳復合材料，例如。BiOI/石墨烯，BiOI/碳納米管和BiOI / GC 3Ñ 4都表現出增強的光催化反應。結果表明，功能性多孔碳材料具有良好的電子轉移能力，良好的化學穩定性和較高的S BET，可以提高光催化活性。然而，大多數報道的BiOI /碳復合材料仍然存在一些缺點，如石墨烯和碳納米管的活化經歷羧化或酸純化預處理。這些預處理復雜，且成本高，這可能限制BiOI/碳光催化劑的應用。相比之下，具有高S BET的活性炭是一種環保簡單低成本的合成方法。

　　材料的制備與分析

　　使用具有高比表活性炭通過一步環保方法合成活性炭鉍復合材料微納米層次結構。一般制備方法如圖1所示。所獲得的活性炭具有良好的特征，包括異質結，分級組織，足夠的界面相互作用位點和高比表面積，這使得活性炭易于分離，高量子效率，污染物的短擴散途徑和足夠的反應位點。這些特性的多重協同效應顯著提高了活性炭對水污染物降解的光催化性能。

　　FT-IR分析顯示在圖2中，以進一步評價所制備材料的表面官能團。對于純BiOI，低于600cm-1的特征吸收帶和周圍3340 cm-1屬性的Bi=O=Bi的振動模式和所吸收的水分子的OH伸縮振動，其被活性炭樣品中也觀察到。對于碳，位于684,966,1538和1706 cm-1的特征吸收帶對應于-COOH基團的COC，C-OH，OH和C=O伸縮振動，證明了豐富的含氧官能團，這源于不完全碳化。用BiOI復合碳后，活性炭的特征峰與純BiOI表現出微小的差異，除了出現在1706 cm-1處的新峰，這表明碳的-COOH與BiOI的表面羥基反應并成功形成化學鍵合活性炭復合材料和進一步證明的Bi-C鍵的形成。

　　為了進一步評估形態，例如采用50%-活性炭并通過SEM和HRTEM表征。從SEM圖像(圖3a，b)可以清楚地觀察到BiOI納米片已經在碳表面上生長以形成獨特的分層結構，并且BiOI顆粒進一步(直徑約10nm)沉積在納米片上。BiOI納米片的厚度為約10-30nm。在HRTEM圖像中，晶格條紋的間距為0.301nm和0.280nm(圖3c-e可以分別索引到(102)和(110)平面，這與XRD圖案一致。有趣的是，BiOI納米片像許多鏡子一樣對入射光的反射和吸收起作用，從而增加了光子電子的產生。活性炭鉍材料的層次結構可以大大縮短污染物的擴散途徑，有利于提高反應點的利用效率。元素映射分析(圖3f-j)證明了Bi，C，I和O元素的均勻分布。

　　活性炭光催化的作用

　　光催化過程的反應機理中活性炭的關鍵作用(圖4)。首先，活性炭吸附起到作用，并導致更高的可見光的獲取能力，用于光催化。其次，BiOI的價帶(VB)上的e-被激發到導帶(CB)，碳可以獲取Bi-C鍵的橋接效應。第三，以合適的孔隙尺寸為污染物提供了合適的通道方便吸附到達活性炭鉍材料內，因此污染物可以被吸附在功能介孔中，其中光電子加速降解過程。活性炭鉍材料的層次結構賦予它們高SBET和足夠的反應位點。上述多種協同效應是造成良好光催化活性的原因。

　　通過這種方法我們成功地合成了優化的微納米層次結構的活性炭光催化劑。活性炭鉍材料中吸收邊的紅移可能歸因于BiOI在碳表面的負載，這有助于在光催化過程中產生更多的O 2自由基。升級后的活性炭材料對RhB的降解率在120 min內為95%，比純BiOI高3.36倍。效率高的原因在于增強的光催化活性源于異質結的多重協同效應，足夠的界面相互作用。層次結構的摻雜納米顆粒BiOI賦予隨e易于分離的光催化劑，高的量子效率，足夠的反應位點和污染物的短的擴散路徑，這是用于提高光催化活性是有利的。本期為制造高性能活性炭鉍基光催化劑以降解水污染物提供了支持。

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