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1、2 0 0 6 年全国太阳能光化学与光催化学术会议专辑 B i 2 0 3 掺杂体系的合成及其光催化脱色活性研究 吕晓萌8 ，林家敏4 ，舒火明6 ，谢吉民 ( 3 江苏大学，化学化工学院，江苏镇江，2 1 2 0 1 3 ；“海南师范学院，化学系，海南海1 5 1 ，5 7 1 1 5 8 ) B i 2 0 3 是一种先进的功能材料，是最重要的铋化合物之一。半导体B i 2 0 3 的 带隙能为2 8 e V ，因此其在可见区吸收波长较长，使其具有直接利用太阳光的优 势。本文在B i 2 0 3 作为光催化剂的基础上对其进行了改性( 掺杂金属离子) ，考察 其光催化活性变化，并用X R D
2、 、T E M 、S E M 、F L 等对其结构、形貌及光谱性质 进行表征，分别以橙黄I I 、罗丹明B 为模拟染料废水对这些光催化剂的降解率 进行了研究。 1 实验部分 B i 2 0 3 及其掺杂体系以十二烷基苯磺酸钠为表面修饰剂，通过化学沉淀法制 备，并经不同温度焙烧处理。光脱色反应分别进行了紫外光和可见光下的活性测 试。 2 结果与讨论 样品的X R D 分析结果表明，5 0 0 焙烧的B i 2 0 3 样品结晶最完善，与标准卡 理论值( J C P D S ：4 1 1 4 4 9 ) 一致。而掺杂金属离子后的复合体系也得到与卡号 4 1 1 4 4 9 一致的结构，表明掺杂并未
3、改变其晶型。谱图中未发现有氧化物的晶相 出现，因为：B i 3 + 的半径为O 9 6 A ，F e 3 + ：O 6 4 ，A g 十：1 2 6 ，C 0 2 十：O 7 4 ，N i 2 + ： 0 7 2 ，P b ”：1 2 0 ，V 5 + ：0 5 9 ，几种掺杂离子的半径相当。说明金属离子已经渗 入到B i 2 0 3 的晶格中，而不是以单独的晶相堆积在晶面表面。 样品的S E M 分析结果表明，经掺杂后的样品的表面形貌变化很大，由絮状 一片状一棒状。T E M 结果表明，合成样品的粒子尺寸为4 0 - - - “ 1 0 0 n m 。 样品的F L 分析结果表明，4 2 6
4、 n m 激发波长下，掺杂样品的荧光强度随掺杂离 子的不同而不同，掺杂不同元素的B i 2 0 3 在5 0 0 。C 焙烧温度下荧光强度分别为： 1 0 3 1 ( N i 2 + ) ，8 8 o ( A g + ) ，8 6 3 ( C 0 2 + ) ，8 0 3 ( V 5 + ) ，6 3 8 ( P b 2 + ) ，未掺杂样品的荧光 强度分别为1 1 2 9 ( 5 0 0 ) 。荧光发射光谱是电子空穴对复合的结果，低荧光发 射强度意味着低电子空穴对复合率，高电子空穴对分离效率。 样品的紫外可见漫反射谱图分析可知：在各吸收曲线上，约3 7 0 n m 处出现 最大吸收峰，是B
5、i 2 0 3 的电子克服禁带跃迁产生的吸收峰，吸收峰尾部谱带红移 到可见光区，导致形成不同颜色的样品，对于直接跃迁型半导体，其吸收带边的 吸光度满足关系式：A = C ( h v E g ) d 亿h V 。得到B i 2 0 3 的带隙能为2 8 e V ，B i 2 0 3 十) 的带隙能为：2 0 4e V 。 可见光光脱色实验表明，辐射光源为4 5 0 W 自镇流荧光高压汞灯条件下，不 同样品的光脱色速率分别为( 1 0 m g 1 罗丹明B 1 0 0 m l ，催化剂用量1 0 0 m g ) ：V 计 ( 2 5 7 ) P b 2 + ( 1 5 9 8 ) A 矿( 8 2
6、 6 ) c o z + ( 8 2 6 ) N i 2 + ( 8 1 5 ) 单纯 的B i 2 0 3 ( 4 4 5 ) 。 2 0 0 6 年全国太阳能光化学与光催化学术会议专辑 3 结论 合成了纳米B i 2 0 3 及其掺杂体系。结果表明，所得样品皆为仅型单斜晶体， 样品形貌因掺杂离子不同而不同，表现为片状或棒状结构，粒子尺寸为4 0 “ - “ 1 0 0 n m 。将掺杂金属离子的B i 2 0 3 经5 0 0 下焙烧，然后在可见光的照射下对罗 丹明溶液进行脱色研究，发现B i 2 0 3 ( V 5 + ) 的光脱色活性最高，1 0 m g L 的罗丹 明溶液1 8 0m i n 后的光脱色率为2 5 7 。而未掺杂的B i 2 0 3 在同样的条件下的脱 色率仅为4 4 5 。 光脱色活性结果表明，进一步的改善条件来制备光催化剂，则可望利用大规 模的太阳光来处理工业染料废水。
