引用本文:罗贝夫，王林涓，幸林广，等. 铝碳酸镁/溴氧化铋异质结的制备及光催化性能研究[J]. 化学试剂，2024，46(11)：42-48.
背景介绍
近年来，大量含有抗生素的废水急需得到有效治理。而光催化技术被认为是一种有前景的治理抗生素有机污染的策略。溴氧化铋（BiOBr）具有合适的禁带宽度(2.69 eV)，有着良好的光催化性能、稳定性和独特的电子结构，被认为是有前景的光催化材料。但是其对于可见光的响应范围较窄、电子-空穴复合率高的问题亟待解决。铝碳酸镁(MgaAlb(OH)c(CO3)d∙nH2O)具有较大的比表面积、良好的吸附性和稳定性，并且具有独特的能带结构。与溴氧化铋紧密结合构成异质结有望调节能带结构、加强可见光吸收、促进光生电子-空穴对的分离，从而得到高性能光催化剂。
文章亮点
1.报道了通过水热法合成铝碳酸镁/溴氧化铋异质结光催化剂，维度调控使其具有溴氧化铋纳米棒均匀负载于铝碳酸镁纳米片上的2D/1D结构；
2.该光催化剂具有很强的光催化活性，90 min可以降解86%的TC-HCl，并且抗离子干扰能力强；
3.铝碳酸镁和溴氧化铋紧密结合形成了Z型异质结，加强了对可见光的吸收、增强了光生电子-空穴对的分离和传输能力，从而提高光催化性能；
4.本文对通过构建异质结来研发新型高效光催化剂提供了指导。
内容介绍
1 实验部分
1.1 主要仪器与试剂
1.2 实验方法
2 结果与讨论
2.1 光催化剂的表征
2.1.1 XRD测试
2.1.2 FT-IR测试
2.1.3 XRF测试
用X射线荧光光谱对异质结元素分析结果如表1所示。
2.1.4 UV-Vis DRS测试及能带结构分析
图3显示了铝碳酸镁、溴氧化铋和异质结的紫外-可见吸收光谱图和铝碳酸镁、溴氧化铋的禁带宽度图。从图3a可以看出，铝碳酸镁的吸收边缘小于400 nm，说明铝碳酸镁仅对紫外光有吸收，而对可见光吸收效果不佳；溴氧化铋的吸收边缘约为440 nm，铝碳酸镁/溴氧化铋异质结的吸收边缘约为460 nm，异质结光催化剂对可见光吸收更强。根据图3b的估算结果，铝碳酸镁的禁带（Eg）值约为4.65eV，溴氧化铋的Eg值约为2.63eV，均与文献[16,17]接近。
2.1.5 SEM测试
2.1.6 TEM测试
2.2 异质结光催化剂的性能测试
2.2.1 各样品降解TC-HCl的活性
为了进一步考察不同样品的光催化活性，在光催化反应器中进行TC-HCl的可见光降解实验，结果如图6a所示。进一步探索了异质结光催化剂在含有不同离子的溶液中的光催化性能，以研究杂质离子对其性能的影响，所有离子浓度均为5 mmol/L，结果如图6b所示。
2.2.2 自由基猝灭实验
分别选用对苯醌（BQ）、草酸钠（SO）、三乙醇胺（TEOA）和异丙醇（IPA）捕获•O2−、e−、h+和•OH,根据异质结光催化反应效率降低的程度来评价这些活性物种各自对异质结光催化反应的贡献[16]，结果如图7所示。
2.2.3 瞬态光电流测试
利用瞬态光电流测试研究了光生载流子的分离和转移能力，如图8所示。
2.2.4 异质结光催化机理分析
由于Z型异质结结构，加强了光生电子-空穴分离，铝碳酸镁的EC中的光生电子捕获溶解在H2O中的O2，将其还原为强氧化性的•O2−；•O2−可以将TC-HCl氧化为无机物，并且未参与反应突破限制的自由光生电子可以直接将TC-HCl降解为CO2和H2O，同时h+可以协同氧化TC-HCl。由于以上机理，铝碳酸镁/溴氧化铋异质结具有极强的光催化活性。
3 结论
3.1 采用水热法合成了铝碳酸镁/溴氧化铋异质结光催化剂，该材料由铝碳酸镁纳米片和在其上原位生长的溴氧化铋纳米棒构成，维度调控使其具有独特的纳米棒均匀负载于纳米片上的2D/1D结构，并且铝碳酸镁和溴氧化铋有紧密的结合。
3.2 异质结光催化剂在可见光下对TC-HCl具有很强的光催化活性，90 min可以降解86%的TC-HCl，并且在复杂离子环境中也有较强活性。
3.3 铝碳酸镁和溴氧化铋紧密结合形成了Z型异质结，加强了对可见光的吸收能力、增强了光生电子-空穴对的分离和传输能力，从而提高了光催化性能；并且铝碳酸镁/溴氧化铋异质结光催化剂对TC-HCl有合适的吸附性能，具有独特的2D/1D结构，有利于暴露更多光催化反应活性位点，从而提高了光催化性能。因此铝碳酸镁/溴氧化铋异质结光催化剂光催化性能的提升是纳米材料维度调控和Z型异质结协同作用的结果。本文对通过构建异质结来研发新型高效光催化剂提供了思路。
