活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　近期水污染和能源危机的问题影响以后的可持续发展。半导体光催化剂，是解决环境和能源问题的一种材料。构建异质结或设计新型纳米结构被认为是一种半导体光催化活性的方法。在此，制造了一种合适的材料活性炭与碘氧化铋的复合物。制备的活性炭表现出明显的红移和增加可见光的吸收范围。Bi-C键的存在证实了异质结，由此BiOI纳米片在碳的表面上紧密生长并随后提供了分级结构，足够的相互作用力和高比表面积。

　　将BiOI与制造的多孔碳材料组合可以满足光催化活性所需的特征。BiOI/碳复合材料，例如。BiOI/石墨烯，BiOI/碳纳米管和BiOI / GC 3Ñ 4都表现出增强的光催化反应。结果表明，功能性多孔碳材料具有良好的电子转移能力，良好的化学稳定性和较高的S BET，可以提高光催化活性。然而，大多数报道的BiOI /碳复合材料仍然存在一些缺点，如石墨烯和碳纳米管的活化经历羧化或酸纯化预处理。这些预处理复杂，且成本高，这可能限制BiOI/碳光催化剂的应用。相比之下，具有高S BET的活性炭是一种环保简单低成本的合成方法。

　　材料的制备与分析

　　使用具有高比表活性炭通过一步环保方法合成活性炭铋复合材料微纳米层次结构。一般制备方法如图1所示。所获得的活性炭具有良好的特征，包括异质结，分级组织，足够的界面相互作用位点和高比表面积，这使得活性炭易于分离，高量子效率，污染物的短扩散途径和足够的反应位点。这些特性的多重协同效应显着提高了活性炭对水污染物降解的光催化性能。

　　FT-IR分析显示在图2中，以进一步评价所制备材料的表面官能团。对于纯BiOI，低于600cm-1的特征吸收带和周围3340 cm-1属性的Bi=O=Bi的振动模式和所吸收的水分子的OH伸缩振动，其被活性炭样品中也观察到。对于碳，位于684,966,1538和1706 cm-1的特征吸收带对应于-COOH基团的COC，C-OH，OH和C=O伸缩振动，证明了丰富的含氧官能团，这源于不完全碳化。用BiOI复合碳后，活性炭的特征峰与纯BiOI表现出微小的差异，除了出现在1706 cm-1处的新峰，这表明碳的-COOH与BiOI的表面羟基反应并成功形成化学键合活性炭复合材料和进一步证明的Bi-C键的形成。

　　为了进一步评估形态，例如采用50%-活性炭并通过SEM和HRTEM表征。从SEM图像(图3a，b)可以清楚地观察到BiOI纳米片已经在碳表面上生长以形成独特的分层结构，并且BiOI颗粒进一步(直径约10nm)沉积在纳米片上。BiOI纳米片的厚度为约10-30nm。在HRTEM图像中，晶格条纹的间距为0.301nm和0.280nm(图3c-e可以分别索引到(102)和(110)平面，这与XRD图案一致。有趣的是，BiOI纳米片像许多镜子一样对入射光的反射和吸收起作用，从而增加了光子电子的产生。活性炭铋材料的层次结构可以大大缩短污染物的扩散途径，有利于提高反应点的利用效率。元素映射分析(图3f-j)证明了Bi，C，I和O元素的均匀分布。

　　活性炭光催化的作用

　　光催化过程的反应机理中活性炭的关键作用(图4)。首先，活性炭吸附起到作用，并导致更高的可见光的获取能力，用于光催化。其次，BiOI的价带(VB)上的e-被激发到导带(CB)，碳可以获取Bi-C键的桥接效应。第三，以合适的孔隙尺寸为污染物提供了合适的通道方便吸附到达活性炭铋材料内，因此污染物可以被吸附在功能介孔中，其中光电子加速降解过程。活性炭铋材料的层次结构赋予它们高SBET和足够的反应位点。上述多种协同效应是造成良好光催化活性的原因。

　　通过这种方法我们成功地合成了优化的微纳米层次结构的活性炭光催化剂。活性炭铋材料中吸收边的红移可能归因于BiOI在碳表面的负载，这有助于在光催化过程中产生更多的O 2自由基。升级后的活性炭材料对RhB的降解率在120 min内为95%，比纯BiOI高3.36倍。效率高的原因在于增强的光催化活性源于异质结的多重协同效应，足够的界面相互作用。层次结构的掺杂纳米颗粒BiOI赋予随e易于分离的光催化剂，高的量子效率，足够的反应位点和污染物的短的扩散路径，这是用于提高光催化活性是有利的。本期为制造高性能活性炭铋基光催化剂以降解水污染物提供了支持。

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