J. Clean. Prod.：電紡Bi3+/TiO2納米纖維光催化降解甘油同時生成H2和清潔水

DOI: 10.1016/j.jclepro.2021.126671

在這項研究中，通過靜電紡絲成功合成了具有增強物理化學性質的鉍/二氧化鈦（Bi3+/TiO2）復合納米纖維（以下簡稱Bi/TiO2），其光催化性能較高，該制備工藝最大限度地提高了Bi和Ti在分子水平上的均勻性。由新型合成方法制備的Bi/TiO2具有銳鈦礦結晶度高、光利用率高、比表面積大、電子空穴對復合率低等優點。甘油作為工業廢水中的一種典型污染物，能夠在合成良好的Bi/TiO2催化劑上同時生成水和H2。Bi的加入將TiO2的光吸收能力擴展到可見光區域。實驗數據表明3％Bi/TiO2表現出最高的H2生成量和總有機碳（TOC）去除率。TOC降低8％意味著已經實現了甘油向H2的轉化，這有利于從高污染甘油廢水中生產清潔水。通過改變煅燒溫度對新型光催化劑的性能與活性關系進行了優化研究，與裸TiO2相比，該光催化劑在紫外-可見光和可見光下均表現出更高的光催化效率。本文從新材料合成和性能優化的角度出發，對這一有趣現象背后的基本原理進行了闡述。值得一提的是，Bi/TiO2納米纖維是一種很有前途的光催化劑，可用于環境修復和可持續發展，在可再生太陽輻射下，Bi/TiO2納米纖維可用于甘油副產品或工業廢料中以同時產生H2和清潔水。

_{圖1.（a）Bi/TiO2納米纖維的FESEM圖像（未煅燒），（b）Bi/TiO2納米纖維在450℃下煅燒后的FESEM圖像，（c）Bi/TiO2納米纖維的HRTEM圖像顯示出高度多孔結構，和（d）Bi/TiO2納米纖維的高倍率HRTEM圖像顯示出晶格條紋。}

_{圖2.（a）單根Bi/TiO2納米纖維的放大FESEM-STEM圖像，（b）EDX光譜，以及（a）中Bi/TiO2納米纖維上指定區域的元素圖譜，（c）Ti的元素映射，（d）O的元素映射和（e）Bi的元素映射。}

_{圖3.（a）Bi/TiO2的SAED圖譜，以及（b）3％Bi/TiO2、6％Bi/TiO2、9％Bi/TiO2、裸TiO2納米纖維和P25的光致發光光譜。}

_{圖4.（a）TiO2（黑色，實心方塊）和3％Bi/TiO2（紅色，實心圓圈）的N2吸附-解吸等溫線，3％Bi/TiO2的BJH孔徑分布（插圖），（b）3％Bi/TiO2的XPS全掃描光譜，（c）Bi4f的高分辨率XPS光譜，以及（d）3％Bi/TiO2納米纖維和裸TiO2納米纖維的UV-vis光譜。}

_{圖5.（a）在紫外-可見光下，TiO2和Bi/TiO2（3％mol、6％mol和9％mol）于5％v/v甘油中光催化析氫，以及（b）在紫外-可見和可見光照射下，3％Bi/TiO2于5％v/v甘油中光催化析氫。}

_{圖6.在（a）450℃，（b）650℃和（c）850℃下煅燒的6％Bi/TiO2納米纖維的FESEM圖像。}

圖7.在450℃、650℃和850℃下煅燒的6％Bi/TiO2納米纖維的XRD圖譜。

圖8.（a）在可見光輻照下，450℃、650℃和850℃下煅燒的6％Bi/TiO2納米纖維于5％v/v甘油中的光催化H2生成速率，以及（b）3％Bi/TiO2納米纖維光催化生成H2的可重復使用性研究。