单层或少层卤氧化物光催化材料的构建及其降解抗生素废水研究

Photocatalytic oxidation technology has attracted increasing attention in environmental pollutant removal. In this project, organic precursors, such as long carbon chain alkyl pyridinium, are employed and combined with halogenide to assemble halogen functionalized ionic liquid and metal halide ionic liquid. The cations of these special ionic liquids have surfactivity ability and the anions have the controlled release ability of halogen and metal ion. Oxyhalide nanosheets(Bismuth oxyhalide and metal doped Bismuth oxyhalide) along the specific crystal growth will be controlled synthesized in the presence of functionalized ionic liquid which will play the role of dispersing agent, reactant and template at the same time. The oxyhalide with single layer or few layers structures are synthesized via organic solvent ultrasonic exfoliation from oxyhalide nanosheets. The oxyhalid with single layer or few layers structures have wide spectral absorption, high electrons and holes separation efficiency, selective crystal plane photocatalytic activity etc., which can achieve high efficient degradation of antibiotics organic pollutants. The relationship between the structure of the oxyhalid photocatalyst and the photocatalytic activities will be discussed in details. The kinetic rule and possible reactive mechanism for degradation of antibiotics organic pollutants will be well studied.

光催化氧化技术在环境化工领域污染物治理方面受到越来越多的关注。本课题拟以长碳链烷基吡啶等有机物与卤化物构建卤素功能化离子液体和金属基卤素离子液体。设计的离子液体阳离子具有表面活性功能，阴离子具有卤素和金属离子控制释放功能，以其作为直接反应源、分散剂和模板剂，可控合成特定晶面生长的超薄卤氧化物（卤氧化铋和金属掺杂卤氧化铋）纳米片材料。通过有机溶剂超声剥离卤氧化物纳米片至单层或少层结构卤氧化物材料，该类材料具有宽光谱吸收、高电子和空穴分离效率及晶面选择性催化等功能，实现抗生素有机污染物的高效光催化降解。系统研究单层或少层结构卤氧化物材料的组成、结构与抗生素污染物降解活性之间的内在关系，总结污染物降解的动力学规律，揭示抗生素污染物光催化降解的机理。

本项目主要针对少层卤氧化物光催化剂材料的制备及其增强光催化性能研究。主要运用表面缺陷、超薄层状结构调控、多孔微球结构设计、表面量子点修饰和异质结构建等策略来设计光催化材料。已成功制备出富坑缺陷BiOCl超薄纳米片、Bi4O5Br2超薄纳米片、多孔PbBiO2Br微球、Ag QDs/BiOBr纳米片、N-CQDs/BiOI超薄纳米片、N-CQDs/Bi4O5I2中空纳米管以及超薄C3N4/Bi4O5I2复合材料。通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）和比表面积测试（BET）等表征手段对所制备材料的结构与形貌进行了表征，并对其进行光催化降解水中有机污染物的性能探究。实验结果表明，所制备的材料均展现出较好的光催化活性，其中富坑缺陷BiOCl超薄纳米片、多孔PbBiO2Br微球、N-CQDs/BiOI超薄纳米片、N-CQDs/Bi4O5I2中空纳米管和超薄C3N4/Bi4O5I2复合材料在可见光照射的条件下对水体中有色染料如罗丹明B（RhB）有很好的光催化降解活性。同时富坑缺陷BiOCl超薄纳米片、Bi4O5Br2超薄纳米片、多孔PbBiO2Br微球、Ag QDs/BiOBr纳米片、N-CQDs/Bi4O5I2中空纳米管和超薄C3N4/Bi4O5I2复合材料对无色的水体污染物如恩诺沙星（ENR）、环丙沙星（CIP）、四环素（TC）和双酚A（BPA）具有很好的可见光光催化性能。此外，研究还显示N-CQDs/BiOI超薄纳米片，N-CQDs/Bi4O5I2中空纳米管材料在紫外光下也具备较高的光催化降解活性。本课题通过采用多种调控策略，成功实现了高光催化性能的卤氧化物光催化剂的设计与可控制备。研究了不同策略制备的光催化剂的活性机理，并结合材料的结构与光催化活性结果，阐述了材料的构效关系。