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Bi2O3是一种非常重要的金属氧化物半导体,它有五种晶型:α-、β-、γ-、ω-和δ-Bi2O3。由于其特殊的物理性质(高折射率、良好的电子传导率等),常被用在气体传感器技术、光学涂料和电致变色材料等领域。另外,Bi2O3的禁带宽度窄,可以吸收太阳光谱中的可见光,发生光跃迁作用,故其在光催化领域也有较多的应用。更为重要的是对Bi2O3的研究有利于实现利用太阳能解决环境污染问题。基于此,本文对Bi2O3的制备及其光催化性能进行了研究。主要内容包括:
采用超声、恒温搅拌、溶剂热的方法,在乙二醇与水的混合溶剂中合成前驱体,通过煅烧制得不同晶型的氧化铋。X-射线衍射(XRD)、透射电镜扫描(TEM)、紫外可见漫反射光谱(DRS)及红外光谱(IR)对产物进行表征。XRD结果表明,直接合成的前驱体都是无定型的非晶态产物,煅烧温度较低时,生成β-Bi2O3和Bi12.8O19.2的混合物,随着煅烧温度的升高,逐渐转化为α-Bi2O3:TEM结果表明,煅烧后的产物都为聚合的块状,且随着煅烧温度的升高,块的尺寸也变大；由紫外-可见漫反射光谱可以看出,α-Bi2O3的禁带宽度为2.8eV,混合物(β-Bi2O3,Bi12.8O19.2)由于吸收带边的叠加,在紫外与可见光区发生两次跃迁。以亚甲基蓝的降解为模型反应,研究产物的光催化性能,结果证明Bi2O3可以在可见光的激发下催化降解有机污染物。
采用微波加热法合成微波产物,热处理后合成β-Bi2O3、α-Bi2O3及其混合物。利用XRD、TEM对产物进行表征。结果表明,煅烧温度较低时有利于β-Bi2O3的生成,煅烧温度较高时,有利于α-Bi2O3的生成；产物为片状,随着煅烧温度的升高,片的直径有变大的趋势。以罗丹明B的降解为模型反应,研究不同晶型的Bi2O3的光催化性能,实验证明由于β-Bi2O3的禁带宽度大于α-Bi2O3,使得β-Bi2O3的光催化活性大于α-Bi2O3。
在乙醇溶剂中,采用超声、恒温搅拌、溶剂热的方法合成α-Bi2O3,利用XRD、扫描电镜(SEM)、DRS对产物进行表征。结果表明,所得产物都为α-Bi2O3；制备方法影响产物的形貌及氧化物吸收带边,超声、恒温搅拌、溶剂热的方法合成的产物分别为棒状、方块状、球状,产物尺寸依次增大,吸收带边逐渐红移；利用罗丹明B为降解物研究产物的光催化性能,结果表明产物尺寸较小的超声制备的Bi2O3吸附率最高,溶剂热法制备的产物虽然吸附率较低,但其光催化活性最高,可能与其更大的可见光利用范围有关。