Summary
Denne artikkelen beskriver en syntetisk metode for å få Vismut oxyiodide mikrosfærer, som er svært funksjonelle utføre photocatalytic fjerning av organiske miljøgifter, som ciprofloxacin, i vannet under UV-A/synlig lys bestråling.
Abstract
Vismut oxyhalide (BiOI) er et lovende materiale for sollys-drevet-miljø photocatalysis. At strukturen av denne typen materiale er sterkt knyttet til photocatalytic ytelsen, er det nødvendig å standardisere syntetiske metodene for å få de mest funksjonelle arkitekturene, og dermed den høyeste photocatalytic effektivitet. Her rapporterer vi en pålitelig rute å få BiOI mikrosfærer via solvothermal prosessen, med Bi (ingen3)3 og kalium iodide (KI) som prekursorer og etylenglykol som en mal. Syntese er standardisert i en 150 mL autoklav, ved 126 ° C i 18 t. Dette resulterer i 2-3 µm størrelse mesoporous mikrosfærer, med et relevant bestemt areal (61.3 m2/g). Kortere reaksjonstid i syntesen resulterer i amorfe strukturer, mens høyere temperaturer føre til en svak økning i porøsitet av mikrosfærer, med ingen effekt i photocatalytic ytelse. Materialene er Foto-aktiv under UV-A/synlig lys bestråling i nedbrytning av det antibiotikumet ciprofloxacin i vann. Denne metoden har vist for å være effektive i interlaboratory tester, skaffe lignende BiOI mikrosfærer i meksikanske og chilenske forskningsgrupper.
Introduction
En overflod av halvledere har blitt syntetisert så langt, satsing for photocatalysts med høy aktivitet under synlig lys bestråling, å svekke organiske forbindelser eller generere fornybar energi i form av hydrogen1,2. Vismut oxyhalides BiOX (X = Cl, Br eller jeg) er kandidater for slike programmer på grunn av deres høye photocatalytic effektivitet under synlig lys eller simulert sollys bestråling3,4. Bandet gapet energi (Eg) av Vismut oxyhalides reduseres med økningen av atomic antall metallhalid; dermed BiOI er materialet viser laveste aktivisering energi (Eg = 1,8 eV)5. Iodide atomer, limt via Van der Waals kraft til Vismut atomer, opprette et elektrisk felt som favoriserer migrering av kostnad flyselskapene til halvledere overflaten, utløser photocatalytic prosessen4,6. Videre har arkitektur i crystallite en avgjørende rolle i separa, sjon av kostnader bærere. Svært orientert konstruksjoner i (001) flyet og 3D strukturer (for eksempel mikrosfærer) lette kostnader bærer separasjon på bestråling, øke photocatalytic ytelse7,8,9 , 10 , 11 , 12. i lys av dette, er det nødvendig å utvikle pålitelige syntetiske metoder for å få strukturer som øke Foto-aktiviteten Vismut oxyhalide materiale.
Metoden solvothermal er langt, de mest brukte og studerte ruten å få BiOI mikrosfærer13,14,15,16. Noen metoder med ionic væsker har vært også rapporterte17, selv om utgifter forbundet med disse metodene kan være høyere. Microsphere struktur oppnås vanligvis ved hjelp av organiske løsemidler som etylenglykol, som fungerer som en koordinerende agent å danne metallisk alkoxides, noe som resulterer i en gradvis selv-montering [Bi2O2]2 + arter18 , 19. bruke solvothermal ruten med etylenglykol forenkler dannelsen av ulike morphologies ved å endre nøkkelparameterne reaksjon, som temperatur og reaksjonstid4,18. Det er en bred mengde litteratur på syntetiske metoder for å få BiOI mikrosfærer, som viser kontrasterende informasjon å oppnå svært fotoaktive strukturer. Denne detaljerte protokollen er rettet mot viser pålitelig syntetiske enmetoden å få BiOI mikrosfærer svært funksjonell i photocatalytic nedbrytning av miljøgifter i vann. Vi ønsker å hjelpe nye forskere til oppnår denne typen materialer, unngå de vanligste fallgruvene knyttet til synteseprosessen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Merk: Les alle sikkerhetsdatablader (MSDS) før du bruker kjemiske reagenser. Følg alle sikkerhet protokoller ved iført en labfrakk og hansker. Bruk vernebriller for UV-beskyttelse under photocatalysis testene. Vær oppmerksom på at nanomaterialer kan presentere viktige farlige effekter i forhold til deres forløpere.
1. forberedelse av BiOI mikrosfærer
- For løsning 1, løses 2.9104 g Vismut nitrat pentahydrate (Bi (ingen3)3∙5H2O) i 60 mL av etylenglykol i et glass beaker. Løsning 2, løses 0.9960 g KI i 60 mL av etylenglykol i et glass beaker.
Merk: Det er viktig å løse uorganiske salter i organisk løsemiddel; Det kan ta rundt 60 min. Sonication kan være nyttig å oppløse både prekursorer. - Dropwise, legge til løsning 2 løsning 1 (på en flow rate på ca 1 mL/min). Fargeløs løsning 2 endres til en gulaktig suspensjon. Noen ganger når løsning 2 er brått lagt, en svart farge kan vises, skyldes dannelsen av BiI4- komplekset. I slike tilfeller må syntese avbrytes og startet igjen.
Merk: Laboratorium materiale må være tørket helt siden forekomsten av vann fremmer ukontrollert nedbør av Vismut oksid (Bi2O3). - Rør blandingen, bruker en moderat hastighet i 30 min ved romtemperatur. Deretter overføre blandingen til 150 mL autoklav reaktoren. Nøye swirl begeret for å fjerne gjenværende suspensjon fra sideveggene. Det er mulig å legge 1 til 5 mL av etylenglykol skylle kanner. Kontroller at tett lukke reaktoren.
Merk: Autoclave bør fylles fra 40% til 80% av sin kapasitet for å oppnå optimalt press betingelsene til dannelse av BiOI mikrosfærer. En myk forsegling av reaktoren kan resultere i tap av trykk, ødelegger syntese. - Angi termisk behandling til reaktoren i en ovn, fra rom temperatur 126 ° c, bruke en temperatur rampe av 2 ° C/min. opprettholde den endelige temperaturen for 18 h10. Da, kule autoklav reaktoren til romtemperatur.
Merk: Ikke Forvarm ovnen eller gi en rask oppvarming siden det vil ødelegge dannelsen av mikrosfærer.
FORSIKTIG: Fremkall ikke kjøling ved å vaske autoklav med kaldt vann, kan det forårsake deformasjon av autoclave. Ikke forsøk å åpne reaktoren mens det er fortsatt varmt, da dette kan føre til utgivelsen av jod gass.
2. vask BiOI mikrosfærer
- Skill solid materiale med decantation og vask fjerne etylenglykol som mulig. Forberede en filtreringssystem som består av en 0,8 μm filterpapir (klasse 5, gratis av aske) riktig overholdt veggene i glass trakt. Koble til en Erlenmeyer kolbe bruker en gjennomboret cork stopper. Utføre filtrering trinnet av tyngdekraften.
- (Valgfritt) Når helle suspensjon fra reaktoren til trakten, bruke deionisert vann til skyll autoklav reaktoren.
- Vask solid produktet beholdt i filter papir-av intens oransje-flere ganger med destillert vann og absolutt etanol (teknisk grad). Alternative vask løsemiddelet til sigevann er fargeløs.
Merk: Vær oppmerksom på at deionisert vann fjerner uorganiske ioner, mens absolutte etanol fjerner den gjenværende etylenglykol; Dermed må begge løsemidler brukes. - Bruk deionisert vann i de to siste vask trinnene til å fjerne alle spor av absolutt etanol og tørr intens-oransje-farget produktet ved 80 ° C i 24 timer. Sist, lagre materialet i gult glassflasker, i mørket, fortrinnsvis i en desiccator.
3. karakterisering av BiOI mikrosfærer
- Utføre X-ray Diffraksjon analysen av pulver, bruker monochromic Cu-Kα lyskilde, med λ = 1.5406 Å, operert på 30 kV og 15 mA.
- Bestemme spesifikke arealet av metoden Brunauer-Emmett-Teller (innsats) via opptak av N2.
- Outgas pulver samples (500 mg) ved 80ºC over natten før analyse. Utføre N2 adsorpsjon målinger på - 75ºC. Beregne bestemt areal og pore volumet fra adsorpsjon isotherms.
- Bestemme til UV-synlig diffus refleksjon spectra materiale bruker et spektrofotometer med praying mantis tilbehør.
- Tørr pulver utvalgene, i et laboratorium ovn, ved 105ºC over natten. Deretter forsiktig satt 30 mg startboksen utvalg av praying mantis tilbehøret.
- Irradiate pulver prøvene med en lyskilde innenfor området 200 til 800 nm for å få lysspekteret absorpsjon av materialet. Beregne band gap energi (Eg) bruker absorpsjon spekteret av prøven.
- Angi sekundære BiOI mikrosfærer av skanning elektronmikroskop.
- Sette pulver prøven på karbon bånd og deretter i mikroskopet stubben utføre observasjoner.
- Bestemme den kjemiske sammensetningen av prøvene av energi dispersiv X-ray spektroskopi (EDS) analyse.
4. Photocatalytic aktivitet test
- For å teste løsning, løses 7.5 mg ciprofloxacin i 250 mL destillert vann, å få en 30 ppm løsning. Deretter overføre test løsningen til glass photocatalytic reaktoren. Grundig rør løsningen, med en magnetisk rørestang, holde temperaturen på 25 ° C. Boble luft løsningen på 100 mL/min for å opprettholde luft metning.
- Legge til 62.5 mg BiOI photocatalyst test løsningen å oppnå en konsentrasjon av 0,25 finans umiddelbart, ta det første eksemplet (8 mL) bruker en glass sprøyte. Etter 30 min røring i mørket, ta det andre eksemplet og aktivere lyskilden.
- Gitt at eksperimenter utføres under UV-A/synlig lys, bruke en 70 W lampe i photocatalysis testene. Finn lyskilden 5 cm over på photoreactor.
- Ta flytende prøver (8 mL) etter 5, 10, 15, 20, 30, 45, 60, 90, 120, 180, 240 og 300 min bestråling. Filtrere alle trukket prøvene ved å føre dem gjennom en 0.22 µm nylon membran, for å fjerne en solid partikkel fra væsken før analyse. Lagre filtrerte prøvene i gult glass flasker på 4 ° C før analysen.
- Fastslå mineraliseringen av ciprofloxacin ved å analysere total organisk karbon (Innholdsfortegnelsen) konsentrasjonen i flytende prøvene gjennom hele photocatalytic prosessen.
- Måle konsentrasjonen av totale co (TC, i mg/L) via våt forbrenning ved 720 ° C, i nærvær av en Pt katalysator og luft atmosfære. Under slike forhold, er alle karbon oksidert CO2 og kvantifisert i en FTIR merker kombinert til Innholdsfortegnelsen enheten.
- Bestemme uorganiske karbon konsentrasjon (IC, i mg/L) via forsuring av prøver med 1 M HCl, fører til konvertering av karbonat og natron til CO2· H2O, som er kvantifisert i FTIR detektoren.
- Beregn konsentrasjonen av Innholdsfortegnelsen igjen i vannprøver med følgende ligning.
Merk: For å unngå forstyrrelser og dermed feil resultater, er det svært viktig å fjerne alle spor av organisk urenheter ved å rengjøre alle glass materialet som brukes i eksempel utarbeidelsen. Dette kan være berettiget ved å vaske flere ganger med varmt vann. - Beregne mineralisering avkastningen via uttømming av totale organisk karbon gjennom reaksjonen ved hjelp av formelen:
Her er Innholdsfortegnelseno konsentrasjonen av totale organisk karbon i begynnelsen av irradiation, mens Innholdsfortegnelsen er konsentrasjonen av totale organisk karbon helst av photocatalytic reaksjonen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
3D microstructures av BiOI var vellykket syntetisert av den foreslåtte syntetiske metoden. Dette ble bekreftet av SEM bildene som vises i figur 1a-c. Mikrosfærer dannes fra laminær strukturer av [Bi2O2]2 +, som er bundet av to iodide atomer1. Dannelsen av mikrosfærer avhengig av temperatur og tid av solvothermal prosedyren, som disse parameterne styre krystallisering av oxyhalide3,4,5,6. [Bi2O2] 2 + plater begynner å samhandle med iodide atomer skjemaet laminær strukturer når temperaturen i solvothermal tilnærming går over 120 ° C1. Så på en høyere temperatur og/eller lengre reaksjonstid, er lamellae tilfeldig ordnet bygge mikrosfærer1,2,3,4,5,6 ,7,8. Når en temperatur på 130 ° C gitt til 12 h, amorf strukturer ble observert (figur 1a) og iodide var ikke helt assimilert på atomic gitteret, som resulterer i dannelsen av Bi5O7jeg materiale. Så, da termisk behandling var 126 ° C i 18 h, perfekt formet sfærisk strukturer ble innhentet (figur 1b). Mesoporous mikrosfærer av BiOI ble også oppnådd når en solvothermal behandling ble utført ved 160 ° C i 18 h (figur 1 c). Basert på SEM analyse, ble mener diameteren på strukturer funnet i størrelsesorden 2 til 3 µm.
Analyse av X-ray Diffraksjon indikerte utbredelsen av tetragonal krystallinsk fase (tabell 1), med et høyt utstilling (110) og (012) fly, ifølge JCPDS kort 73-2062. Som mikrosfærer ble dannet, retningen for crystallite forkastet på grunn av selv-montering av BiOI plater i 3D strukturer, er som ofte observert i forrige fungerer1,2,3,15 , 16 , 17. figur 2 sammenligner X-ray Diffraksjon (XRD) mønstre av BiOI mikrosfærer på 126 ° C og 160 ° C med XRD mønster av en 0 D BiOI materiale. Fra denne informasjonen, er det mulig å konkludere med at krystallisering av BiOI begynner ved temperaturer over 100 ° C, og deretter [Bi2O2]+ plater tilfeldig ordne til BiOI mikrosfærer med ingen retning av den krystallinsk fase.
Bestemt arealet av mikrosfærer (61.28 m2/g) var ganske lik som rapportert for andre halvledere vanligvis ansatt i photocatalysis, for eksempel TiO2 (tabell 1). Et bredt bestemt område kan være fordelaktig i photocatalytic prosessen siden mange organiske molekyler kan være adsorbert på halvledere overflaten til å reagere med reaktive oksygen arter (ROS) produsert av kostnader bærere (f.eks •OH, • O2-, og H2O2).
Det spesifikke overflate område og pore volumet økte med temperatur og reaksjonstid i solvothermal behandling, fra 9.61 m2/g i amorfe fase til 61.28 m2/g når 126 ° C og 18 h ble brukt. Ingen betydelige forskjeller i bestemte areal ble funnet når mikrosfærer ved 126 og 160 ° C ble sammenlignet; Dermed ble 126 ° C i 18 h satt som de optimale forholdene for syntese. Type IV isotherms ble oppnådd i spillet analyse (Figur 3), indikerer at BiOI mikrosfærer er mesoporous materialer. Optisk karakterisering av mikrosfærer avsløre deres evne til å være fotoaktive under synlig lys bestråling, som nevnt av bandet gapet verdien viste i tabell 1.
Kjemisk karakteristikk av materialene ble utført av en kompositoriske analyse via EDS. Sammensetningen av BiOI materialer som holdt stoichiometric forholdet ble opprettholdt når solvothermal syntese ble utført på en lav temperatur (tabell 2). På den annen side, når temperaturen på solvothermal syntese økt, redusert iodide-lasting. Dette kan tilskrives inkludering av metallhalid atomene i halvleder gitteret, noe som resulterer i en lavere mengde metallhalid atomene på overflaten. Når løsemiddelet i solvothermal ruten ble endret til vann, assimilering av iodide betydelig redusert for å få Bi5O7jeg.
Photocatalytic aktiviteten av mikrosfærer ved 126 ° C og 18 h ble vurdert etter mineraliseringen av den antibiotiske ciprofloxacin i rent vann, under UV-A/synlig lys bestråling. Som kan ses i Figur 4, kunne mikrosfærer mineralize antibiotika sammensatte i vann via photocatalytic prosessen. Det er klart hvordan photolysis kunne helt oksidere organisk molekylet CO2 (Figur 4, blå), mens mineralisering kan oppnås, på ulike nivåer, med BiOI som en photocatalyst. Disse resultatene viser photoactivity av syntetisk materiale å oksidere helt komplekse organiske molekyler, som ciprofloxacin. En sammenligning av mineralisering rate ble laget med BiOI vasket med etanol og vann (som nevnt i protokollen) og andre microsphere materialer, som ble vasket bare med vann (Figur 4, rød og svart). Det ble observert hvordan ufullstendig vasket materialet klarte å løslate organisk karbon løsningen, konflikt med Innholdsfortegnelsen målene på vannprøver og med mineralisering prosessen.
Utgivelsen av organisk karbon fra photocatalyst ble observert på den første fasen av photocatalysis analyser når omrøring i mørket ble gitt. Figur 5 viser adsorpsjon frekvensen av ciprofloxacin på overflaten av BiOI mikrosfærer vasket bare med vann og de behandlet med etanol/vann blanding. Mikrosfærer vasket med etanol/vann blanding viste noen opptak av organisk molekylet, mens utgivelsen av organisk karbon ble oppdaget for materialet vasket bare med vann. Dette kan forklares med ufullstendig rengjøring av webområdene adsorpsjon BiOI materiale vasket bare med vann, som på den ene siden i utgivelsen av etylenglykol og på den annen siden i lavere opptak av ciprofloxacin, med påfølgende fall i photocatalytic aktivitet.
Figur 1: SEM bilder av materialene som. Innhentet på (en) 130 ° C i 12 h, (b) 126 ° C for 18 h, og (c) 160 ° C i 18 t. Bilder med lav oppløsning vises til venstre, mens zoomet inn bilder finnes på høyre side. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2: X-ray Diffraksjon mønstre. (En) 0 D BiOI (001)-orientert materiale, (b) BiOI mikrosfærer ved 126 ° C i 18 h og (c) BiOI mikrosfærer ved 160 ° C i 18 t. Tap av retning av krystallene vises når mikrosfærer ble innhentet. Diffraksjon mønstrene er sammenlignet med JCPDS referansekort 73-2062. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 3: N2 adsorpsjon isotherms av Vismut oxyhalide microsphere ved 126 og 160 ° C og sammenlignet med 0 D BiOI, orientert i (001) fasett. Type IV isotherms, beskriver mesoporous materialer, vises i denne grafikken. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 4: mineralisering antall ciprofloxacin i photolysis og photocatalysis tester med BiOI mikrosfærer med og uten det vask trinnet bruker etanol-vann blandingen. Eksperimentell feilen er gitt ved standardavvik barer. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 5: Total organisk karbon (Innholdsfortegnelsen) konsentrasjon i vannprøver fra begynnelsen av eksperimenter og etter 30 minutter røring i mørket. Eksperimentell feilen er gitt ved standardavvik barer. Fastsettelse av Innholdsfortegnelsen ble utført i et utvalg av testen løsningen etter at denne løsningen har hatt kontakt med BiOI mikrosfærer under omrøring i 30 min i mørket. På y-aksen refererer InnholdsfortegnelsenB til organisk karbon i testens løsning, mens InnholdsfortegnelsenL representerer innholdet i organisk karbon etter 30 minutter røring i mørket, rett før lyskilden er aktivert. Diagrammet viser hvordan materialet vasket med etanol og vann (vasket) presenterer en positiv adsorpsjon av organisk karbon fra løsningen, mens materialet vasket bare med vann (ikke vasket) uttrykt en negativ adsorpsjon, som betyr at utgivelsen av organisk karbon i løsningen. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
| PARAMETEREN | VERDI |
| krystallstrukturen | Tetragonal |
| crystallite størrelse (nm) | 4,12 |
| SATSE området (m2/g) | 61.28 |
| pore diameter (nm) | 17,7 |
| F.eks (eV) | 1,94 |
Tabell 1: Karakterisering av BiOI mikrosfærer syntetisert av den foreslåtte metoden.
| BI (på. %) | O (på. %) | Jeg (på. %) | |
| BiOI | 33.65 ± 0,86 | 33.59 ± 0.54 | 32.76 ± 0.58 |
| Bi5O7jeg | 40.43 ± 0,21 | 52.37 ± 0,38 | 7.19 ± 0,18 |
| BiOI @ 126ºC | 37.09 ± 0,98 | 38.50 ± 0,35 | 24.41 ± 0,37 |
| BiOI @ 160ºC | 26.81 ± 0.42 | 58.97 ± 0,51 | 14.21 ± 0.46 |
Tabell 2: Kjemisk sammensetning av BiOI bestemmes av EDS.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Vi anser blanding av forløpere som det kritiske trinnet i solvothermal syntese av BiOI mikrosfærer. En veldig treg dryppende KI løsningen i Bi (ingen3)3 løsningen (på maksimalt 1 mL/min) er avgjørende for å få mesoporous mikrosfærer, siden sakte dannelse og selvstendig montering av [Bi2O2]2 plater , etterfulgt av bånd med iodide atomer danner BiOI laminater. Lamellae er murstein av mikrosfærer solvothermal trinn (figur 1). Temperatur og reaksjonstid er de viktigste faktorene i solvothermal syntese siden høye temperaturer i utgangspunktet tillater krystallisering av [Bi2O2]+ plater og da ordningen av disse plater å lage mikrosfærer 1 , 3. Mesoporous mikrosfærer ble oppnådd når temperaturen ble opprettholdt over 120 ° C, mens 3D strukturer ble fullstendig dannet når reaksjonstid var under 18 t. Tilsvarende ble assimilering av iodide ikke fullført på en lavere temperatur og kortere reaksjonstid, resulterer i iodide mangelfull materialer som Bi4O5jeg2 (gul-farget).
Riktig vask av BiOI må utføres for å få funksjonelle photocatalysts siden etylenglykol kan vinne på materialoverflaten når det bare vasket med vann (selv med varmt vann). Restene av etylenglykol kan bli sluppet inn i løsningen før photocatalytic testene er startet, hindrer nedbrytning og mineralisering av ciprofloxacin når lyskilden er aktivert. Det er viktig å huske at alkohol er kunne heve karbon innholdet målt ved Innholdsfortegnelsen analyse uforholdsmessig. Derfor er det svært viktig å vaske materialer med etanol og vann. Når konsentrasjonen av organisk karbon i vann øker gjennom photocatalytic prosessen, kan det løses ved utvinne materialet og vaske den med etanol og varmt vann.
Den foreslåtte metoden kan endres i autoklav størrelsen. Her rapporterer vi syntese med 150 mL Parr reaktoren; Imidlertid kan synteser bruker en større reaksjon kammer utføres. Basert på vår erfaring, kan 250 mL Parr reaktorer brukes i syntesen, noe som resulterer i en svak økning av bestemte areal på mikrosfærer. Men har slik modifikasjon ingen virkning på photocatalytic resultatene av materialet. Det er viktig å vurdere at skalere opp metoden til høyere volumer-det høyeste volumet av solvothermal reaktorer på markedet er 2000 mL-krever ytterligere eksperimenter.
Begrensninger av foreslåtte metoden ligger i lav potensialet av skalere opp til høyere volumer, gitt at større reaktorene er knapt finnes på markedet. Også, som nevnt ovenfor, tap av etylenglykol kan oppstå når autoklav reaktoren ikke er tett lukket. Vær oppmerksom på noen utvasking organisk løsemiddel gjennom synteseprosessen for å unngå å ødelegge produktet; noen autoklav reaktorene er utstyrt med en manometer å gjøre denne oppgaven enklere. Ved lekkasje, kan autoclave lukkes med tilfredsstillende sikkerhetsutstyret, hindre kjøling av reaktoren. Når problemet er løst i de første 2 timer med syntese, finnes fortsatt mikrosfærer med akseptabel photocatalytic aktivitet.
Mikrosfærer dannes knapt når andre organiske løsemidler (glyserol, metanol, etanol) brukes, mens du bruker vann resulterer i lavest assimilering av iodide, fører til dannelsen av Bi5O7jeg (hvit-farget) materiale. En ytterligere økning av reaksjon temperaturen (over 180 ° C) kan føre til kjemiske reduksjon av Vismut metallisk Vismut, som kan bli lettere etylenglykol som en reductive partsrepresentant.
Så langt er det noen alternative metoder rapportering syntese av BiOI mikrosfærer. For eksempel utført Montoya-Zamora et al.20 nedbør med EDTA, noe som resulterer i uregelmessig mikrosfærer med en lav spillområdet. På den annen side, var forskningen han et al.21 rettet mot mekanisk syntese av BiOI mikrosfærer i romtemperatur, oppnå orientert krystaller med et lavere bud område enn observert i denne studien. Syntetisk metoden foreslått i dette arbeidet brukes for å syntetisere andre Vismut oxyhalides, som BiOCl22 og BiOBr23, som har vist for å være effektiv i photocatalytic fjerning av organiske miljøgifter i vann og ingenx i luft20og utviklingen av hydrogen19. Den nyeste forskningen skal bruke Vismut oxyhalides i reduksjon av CO2 molekylet for å produsere hydrogen og lette hydrokarboner (kunstig fotosyntese)24. Vurderer syntesen av metoden solvothermal har blitt utført med reproduserbar resultater i to forskjellige land (Mexico og Chile) det er ventet denne metoden kan skaleres og dens anvendelse i vannbehandlingsanlegg forbedret.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne ikke avsløre.
Acknowledgments
Forfatterne vil takke Secretaría de Ciencia, Tecnología e Innovación de la Ciudad de México for ressursene forutsatt for å gjennomføre dette arbeidet gjennom finansiert prosjektet SECITI/047/2016 og nasjonale midlene for vitenskapelig og teknologiutvikling Chile (FONDECYT 11170431).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Bismuth(III) nitrate pentahydrate | Sigma Aldrich | 383074 | ACS reagent, ≥98.0% |
| Potassium iodide | Sigma Aldrich | 746428 | ACS reagent, ≥98.0% |
| Ethylene glycol | Sigma Aldrich | 324558 | Anhydrous, 99.8% |
| Ethanol | Meyer | 5405 | Technical Grade, 96% |
| Ciprofloxacin | Sigma Aldrich | 17850 | HPLC, ≥98.0% |
| Cary 5000 UV-Vis-NIR spectrophotometer | Agilent | Used for the Band gap determination by the Tauc model. | |
| JSM-5600 Scanning Electron Microscope | JOEL | Used for the SEM images. | |
| Autosob-1 | Qantachrome Instruments | Used for the determination of surface area and pore diameter. | |
| TOC-L Total Organic Carbon Analyzer | Shimadzu | Used for determination of total organic carbon in water samples. | |
| Bruker AXS D8 Advance - X-ray Diffraction | Bruker | Determination of crystal structure and crystallite size |
References
- Yu, C., Zhou, W., Liu, H., Liu, Y., Dionysiou, D. D. Design and fabrication of microsphere photocatalysts for environmental purification and energy conversion. Chemical Engineering Journal. 287, 117-129 (2016).
- Wang, H., et al. Semiconductor heterojunction photocatalysts: Design, construction, and photocatalytic performances. Chemical Society Reviews. 43 (15), 5234-5244 (2014).
- Chou, S. Y., Chen, C. C., Dai, Y. M., Lin, J. H., Lee, W. W. Novel synthesis of bismuth oxyiodide/graphitic carbon nitride nanocomposites with enhanced visible-light photocatalytic activity. RSC Advances. 6, 33478-33491 (2016).
- Siao, C. W., et al. Controlled hydrothermal synthesis of bismuth oxychloride/bismuth oxybromide/bismuth oxyiodide composites exhibiting visible-light photocatalytic degradation of 2-hydroxybenzoic acid and crystal violet. Journal of Colloid and Interface Science. 526, 322-336 (2018).
- Meng, X., Zhang, Z. Bismuth-based photocatalytic semiconductors: Introduction, challenges and possible approaches. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. 423, 533-549 (2016).
- Wang, Y., Deng, K., Zhang, L. Visible light photocatalysis of BiOI and its photocatalytic activity enhancement by in situ ionic liquid modification. Journal of Physical Chemistry C. 115 (29), 14300-14308 (2011).
- Xiao, X., Zhang, W. De Facile synthesis of nanostructured BiOI microspheres with high visible light-induced photocatalytic activity. Journal of Materials Chemistry. 20 (28), 5866-5870 (2010).
- Chen, C. C., et al. Bismuth oxyfluoride/bismuth oxyiodide nanocomposites enhance visible-light-driven photocatalytic activity. Journal of Colloid and Interface Science. 532, 375-386 (2018).
- Xia, J., et al. Self-assembly and enhanced photocatalytic properties of BiOI hollow microspheres via a reactable ionic liquid. Langmuir. 27 (3), 1200-1206 (2011).
- Mera, A. C., Contreras, D., Escalona, N., Mansilla, H. D. BiOI microspheres for photocatalytic degradation of gallic acid. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. 318, 71-76 (2016).
- Pan, M., Zhang, H., Gao, G., Liu, L., Chen, W. Facet-dependent catalytic activity of nanosheet-assembled bismuth oxyiodide microspheres in degradation of bisphenol A. Environmental Science and Technology. 49 (10), 6240-6248 (2015).
- Hu, J., et al. Solvents mediated-synthesis of BiOI photocatalysts with tunable morphologies and their visible-light driven photocatalytic performances in removing of arsenic from water. Journal of Hazardous Materials. 264, 293-302 (2014).
- Ye, L., Su, Y., Jin, X., Xie, H., Zhang, C. Recent advances in BiOX (X = Cl, Br and I) photocatalysts: Synthesis, modification, facet effects and mechanisms. Environmental Science: Nano. 1 (2), 90-112 (2014).
- Qin, X., et al. Three dimensional BiOX (X=Cl, Br and I) hierarchical architectures: Facile ionic liquid-assisted solvothermal synthesis and photocatalysis towards organic dye degradation. Materials Letters. 100, 285-288 (2013).
- Chou, S. Y., et al. A series of BiO x I y/GO photocatalysts: synthesis, characterization, activity, and mechanism. RSC Advances. 6 (86), 82743-82758 (2016).
- Shi, X., Chen, X., Chen, X., Zhou, S., Lou, S. Solvothermal synthesis of BiOI hierarchical spheres with homogeneous sizes and their high photocatalytic performance. Materials Letters. 68, 296-299 (2012).
- Di, J., et al. Reactable ionic liquid-assisted rapid synthesis of BiOI hollow microspheres at room temperature with enhanced photocatalytic activity. Journal of Materials Chemistry A. 2 (38), 15864-15874 (2014).
- Ren, K., et al. Controllable synthesis of hollow/flower-like BiOI microspheres and highly efficient adsorption and photocatalytic activity. CrystEngComm. 14 (13), 4384-4390 (2012).
- Lei, Y., et al. Room temperature, template-free synthesis of BiOI hierarchical structures: Visible-light photocatalytic and electrochemical hydrogen storage properties. Dalton Transactions. 39 (13), 3273-3278 (2010).
- Montoya-Zamora, J. M., Martínez-de la Cruz, A., López Cuéllar, E. Enhanced photocatalytic activity of BiOI synthesized in presence of EDTA. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers. 75, 307-316 (2017).
- He, R., Zhang, J., Yu, J., Cao, S. Room-temperature synthesis of BiOI with tailorable (0 0 1) facets and enhanced photocatalytic activity. Journal of Colloid and Interface Science. 478, 201-208 (2016).
- Song, J. M., Mao, C. J., Niu, H. L., Shen, Y. H., Zhang, S. Y. Hierarchical structured bismuth oxychlorides: self-assembly from nanoplates to nanoflowers via a solvothermal route and their photocatalytic properties. CrystEngComm. 12, 3875-3881 (2010).
- Mera, A. C., Váldes, H., Jamett, F. J., Meléndrez, M. F. BiOBr microspheres for photocatalytic degradation of an anionic dye. Solid State Science. 65, 15-21 (2017).
- Kong, X. Y., Lee, W. C., Ong, W. J., Chai, S. P., Mohamed, A. R. Oxygen-deficient BiOBr as a highly stable photocatalyst for efficient CO2 reduction into renewable carbon-neutral fuels. ChemCatChem. 8, 3074-3081 (2016).
