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铋基氧化物有许多重要的应用,尤其是在光催化领域的应用吸引了众多研究。然而在这些研究中对于材料的稳定性并没有引起足够的重视。我们以氧化铋为基础,研究其光催化活性和稳定性,并开发了一种新型的高效光催化剂碳酸氧铋。主要结果如下:
(1)通过调节矿化剂氢氧化钠和氨水的用量,利用水热法制备得到了一系列氧化铋样品。利用XRD、IR和UV-vis漫反射光谱对所得产物进行了表征,研究了在紫外光照射下产物对罗丹明B溶液的降解活性。实验发现在氢氧化钠为矿化剂的强碱性环境下,可以得到单相的α-Bi2O3。而改变氢氧化钠和氨水的用量,降低反应溶液的pH值,得到的产物是α-Bi2O3与(BiO)4CO3(OH)2或Bi2O2CO3的混相。混相样品显示出更好的光催化活性。α-Bi2O3在光催化反应过程中不稳定,会部分转变成碳酸氧铋。
(2)制备了球形和棒状两种形貌的α-Bi2O3,着重研究了它们在空气、纯水或亚甲基蓝溶液中的稳定性。实验发现在常温下储存6个月后,两种氧化铋样品均部分转化为碳酸氧铋。当将样品分散到纯水或亚甲基蓝溶液中,氧化铋到碳酸氧铋的转变过程被大大加速了。而且在这个过程中,亚甲基蓝分子在氧化铋表面会发生反常吸附,并导致这个转变反应暂时的停滞。同时,浓度较低时亚甲基蓝溶液甚至可以在不加光照的情况下完全变得澄清。
(3)研究了碳酸氧铋的光催化活性。通过直接沉淀法和水热法制备了不同形貌的碳酸氧铋样品。XRD结果证明产物均为纯相。在紫外光照射下,考察了其对亚甲基蓝溶液的催化活性。实验表明,两种样品都能在80分钟内将染料完全降解,显示出优良的紫外光催化活性。对比氧化铋样品,碳酸氧铋光催化效果更好。XPS的表征结果表明,沉淀法得到的碳酸氧铋中铋为+3和+5的混合价;而水热法得到的样品中,柠檬酸的表面修饰抑制了高价Bi的生成。柠檬酸修饰稳定价态对其光催化活性没有明显影响。