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众所周知,半导体材料的催化性能与其结晶度和形貌有着密切的关系,得到形貌与光催化性能的对应关系及其影响光催化性能的原因将对合成高效的可能应用于工业领域的光催化剂有重要的意义。最近的研究发现,一系列含铋的含氧酸盐均具有良好的光催化性能,其中具有层状结构的卤化氧铋及钙钛矿、软铋矿结构的铁铋复合氧化物研究得较为广泛。
卤化氧铋作为一类新兴的半导体光催化剂,由于其原子排布的层状结构和铋离子独特的电子构型,具有良好的催化性能。其中澳化氧铋被认为具有最为出色的光催化性能,因而研究广泛。本文利用室温pH值调控法、溶剂热法,在分别以乙醇和乙二醇为溶剂的情况下,添加表面活性剂PVP、PEG10000等作为模板剂,并考虑使用不同的溴源,成功合成了一系列形貌各异的溴化氧铋纳米材料,包括大的薄片、小的薄片、薄片交叉编织的球状结构、大薄片折叠而成的球状结构和薄片紧密堆积的椭球孪生结构等。将上述形貌各异的溴化氧铋纳米材料用作光催化剂,在紫外光作用下降解罗丹明B溶液,考察了形貌对光催化剂性能的影响。实验结果表明同等条件下,小的薄片具有最好的紫外光催化性能,80min时,罗丹明B的降解率达到92%。由薄片交叉编织球形结构的光催化性能次之,为84%。由薄片紧密堆积形成孪生椭球结构的光催化性能最差,只降解了22%。
钙钛矿结构的铁酸铋作为一类多铁性材料因其同时具有铁电性和反铁磁性,长期以来受到学者的关注。最新的研究结果表明铁酸铋同样可以用作光催化剂,在可见光作用下能有效的降解甲基橙溶液。软铋矿结构的铁铋复合氧化物也是一类具有潜在应用的光催化剂。本文以硝酸铋和硝酸铁为原料,氢氧化钠为矿化剂,在水热条件下,160℃时反应不同时间,成功制得了钙钛矿型的BiFeO3和软铋矿型的Bi24FeO40。分别对其形貌、热稳定性、磁性及光催化性能进行了表征和研究。发现钙钛矿型的BiFeO3和软铋矿型的Bi24FeO40都具有较好的光催化性能,在紫外光作用下,对罗丹明B的降解率分别达到36.4%和77.9%。