温柔地给你想要的超细多孔Bi5O7X (X=Cl, Br, I)纳米管及其在光驱动海水淡化上的应用

卤氧铋材料由于具有较窄的禁带宽度和表面丰富的氧空位，在可见光区具有较好的吸收能力，因而得到广泛的关注，在光催化领域具有较大的应用空间。加上其具有较高的导带位置，可用于光催化分解水、光/电催化二氧化碳还原、光/电催化固氮等，具有特殊纳米结构的卤氧铋材料值得进一步的发现与研究。

近日，广西大学可再生能源材料协同创新中心沈培康教授课题组的刘洋博士发现，在硝酸铋的水溶液中铋离子有自组装形成纳米棒的现象，并以此为线索，在一系列的温和实验条件下快速合成出了具有纳米花、六边纳米盘、纳米盒等形貌的材料。其中通过改变实验参数，他们发现在室温下12小时以内即可合成出超细多孔的Bi₅O₇X（X=Cl, Br, I）纳米管，且其具有相同的晶体结构，但由于卤素原子的不同，导致其在光吸收范围、导带位置、禁带宽度等方面有所不同。通过将超细多孔的Bi₅O₇X（X=Cl, Br, I）纳米管应用于光驱动的海水淡化，对比超细多孔Bi₅O₇X（X=Cl, Br, I）纳米管的海水淡化性能，Bi₅O₇I具有最好的吸附性能与稳定性。该工作为未来更加深入地研究铋系光催化材料以及简便的光驱去海水淡化方式提供了新的思路。

图1. 不同实验所合成出的铋系（a）纳米棒、（b）六边盘、（c）纳米盒子、（c）在纳米棒上诱导产生的纳米花、（e）纳米花、（f）纳米管的扫面电镜成像，（g）不同形貌及合成参数的简化示意图。

图2. 超细多孔Bi₅O₇I纳米管的（a）透射电镜成像，（b）高角环形暗场图，（c）高分辨的球差矫正透射电镜图及所对应的晶体结构，（d-h）所含元素的分布图。

图3.（a）Bi₅O₇X（X=Cl, Br, I）的简约差分电荷图，超细多孔Bi₅O₇X（X=Cl, Br, I）纳米管的（b）紫外漫反射吸收曲线、（c）能带结构，（g-j）Bi₅O₇X （X=Cl, Br, I）的切面差分电荷分布图。

图4.（a）超细多孔Bi₅O₇X（X=Cl, Br, I）纳米管的吸脱附盐离子的示意图，（b, c）海水淡化设计装置的示意图，（d）实验小试装置示意图。

图5.（a）盐水浓度与电阻率的标准曲线，（b）实验测得的超细多孔Bi₅O₇X （X=Cl, Br, I）纳米管海水淡化的时间与电阻率的关系，（c）从b图转化得到的吸附容量，（d）超细多孔Bi₅O₇X（X=Cl, Br, I）纳米管的稳定性。

该论文作者为：Yang Liu, Zheng Jiang, Xinyi Zhang and Pei Kang Shen

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Ultrathin Porous Bi₅O₇ (X=Cl, Br, I) Nanotubes for Effective Solar Desalination

J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 20037, DOI: 10.1039/c8ta07587e

导师介绍

沈培康

http://www.x-mol.com/university/faculty/49733