Bi2MoO6粉体的制备工艺及性能研究

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Bi2MoO6是Aurivillius家族中最简单的一种,属于斜方结构,这种材料可以被应用于气体传感器、离子导体、太阳能电池和光催化剂的领域。Bi2MoO6克服了普遍使用的禁带宽度较大的光催化剂,例如TiO2或者NaTaO3仅仅对太阳光中的紫外光有响应的缺点,在可见光下,就可以使得有机物污染物得到降解,而且效果好,它是现代新型可见光光催化剂的代表之一。本论文采用无污染、效率高的微波水热法,在温度较低的条件下,一步合成了Bi2MoO6粉体,并通过X-射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-vis)以及光催化测试分析手段对合成样品的结构、形貌、光学性能以及光催化性能进行了表征分析。以Bi(NO3)3·5H2O和Na2MoO4·2H2O为起始原料,用微波水热法合成了片状的Bi2MoO6粉体,并且较为完全地研究了反应溶液的pH值、温度、时间、反应前驱溶液的Bi3+浓度以及不同Bi与Mo的物质的量比这五个因素对Bi2MoO6粉体的形貌和性能的影响,简单分析了不同pH下合成产物的机理,表明只有当pH<7,即在酸性条件下才可以生成纯相的片状的Bi2MoO6,紫外-可见吸收光谱表明这些因素下分别合成的样品都对可见光均有一定地吸收,此外,在可见光的照射下,以RhB为降解液,对时间、反应前驱溶液的Bi3+浓度以及不同Bi与Mo的物质的量比这三个因素下分别合成的片状结构的Bi2MoO6的光催化性能分析,结果显示它们都具有优越的光催化活性,但是伴随着合成工艺的不同,合成的Bi2MoO6产物的光催化活性是不一样的。以乌洛托品为模板剂,当[Bi3+]=0.14mol/L时候,乌洛托品加入量在0.002g/ml0.020g/ml条件下,均可以生成纯相片状的Bi2MoO6,可见乌洛托品对Bi2MoO6的形貌影响不大;当[Bi3+]=0.10mol/L时,加入0.010g/ml乌洛托品与同等条件下不添加乌洛托品分别形成纯相的类花状结构与片状结构的Bi2MoO6,这暗示出乌洛托品在类花状结构的Bi2MoO6形貌形成过程中发挥着至关重要的作用,UV-vis吸收光谱显示两种形貌的Bi2MoO6均对可见光有一定地吸收,光催化降解RhB测试显示,在可见光照射160min内,这种类花状结构的Bi2MoO6对RhB的降解率相对于片状结构可以从91%提高到97%,说明这种类花状的结构可以提高粉体的光催化活性,此外,还改变乌洛托品的添加量,通过物相与形貌分析确定出形成的类花状结构的Bi2MoO6,乌洛托品最佳添加量为0.010g/ml。以PVP为模板剂,在[Bi3+]=0.14mol/L,添加0.010g/ml PVP可以形成的纯相的花球状结构的Bi2MoO6,而不改变其它条件,不添加PVP形成了纯相的片状的Bi2MoO6。光催化降解RhB显示,可见光照射160min内,片状结构的Bi2MoO6对RhB降解率为95%,而这种花球状的Bi2MoO6可以使RhB溶液基本完全降解,即降解率约达到100%,说明添加PVP不仅可以改变Bi2MoO6的形貌而且可以提高其光催化活性;在[Bi3+]=0.06mol/L下,无论是否添加PVP都生成了纯相的Bi2MoO6,而且PVP加入使得生成的Bi2MoO6由原来的片状有向自组装成花状转变的趋势。当[Bi3+]=0.06mol/L,添加0.010g/ml的EDTA不能合成Bi2MoO6,反而合成了纯相的由许多小八面体推积而成的Na0.5Bi0.5(MoO4)相。
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