2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、<p>  畢業(yè)設(shè)計(論文)外文資料翻譯</p><p>  學(xué)院 (系): 化工學(xué)院 </p><p>  專 業(yè): 化學(xué)工程與工藝 </p><p>  姓 名: </p><p> 

2、 學(xué) 號: </p><p>  外文出處: J. Phys. Chem. C 2008, 112, </p><p>  10407–10411 </p><p>  附 件:1.外文資料翻譯譯文;2.外文原文。 </p><p>  注:請將

3、該封面與附件裝訂成冊。</p><p>  在可見光下具有高催化活性的Bi2WO6納米晶體</p><p>  商蒙, 王文忠, 孫松梅, 周林,張玲</p><p> ?。▏抑攸c實驗室高性能陶瓷和超細(xì)微觀組織,上海陶瓷研究所,中國科學(xué)院)</p><p><b>  摘要</b></p><p&g

4、t;  利用水熱法合成了粒徑為30nm的可見光催化劑Bi2WO6。研究了pH值和水熱時間對Bi2WO6納米片活性的影響。水熱法制備的Bi2WO6納米晶的催化活性是固相反應(yīng)所得的Bi2WO6的催化活性的8-10倍。Bi2WO6能在可見光下降解染料羅丹明B,即使在簡易的熒光燈激發(fā)下,納米Bi2WO6也表現(xiàn)出高性能的催化活性。</p><p><b>  引言</b></p><

5、;p>  自從1972年Fujishima和本田發(fā)現(xiàn)TiO2電極能光催化分解水后,光催化劑應(yīng)用于太陽能的轉(zhuǎn)化,半導(dǎo)體光觸媒降解污染受到廣泛的關(guān)注。由于Bi2WO6的化學(xué)穩(wěn)定性高,催化活性高,無毒且價格比二氧化鈦便宜,因此成為了比較流行的環(huán)境凈化光催化劑。TiO2的帶隙為3.2ev,它只吸收太陽光中4%的紫外光(λ<420nm)。Aurivillius等發(fā)現(xiàn)通式Bi2An-1BnO3n+3 (A 為Ca, Sr, Ba, Pb

6、, Bi,Na, K, B為Ti, Nb, Ta, Mo, W, Fe)的化合物具有獨特的性質(zhì)及潛在的應(yīng)用價值。在所有的化合物中,當(dāng)n=1時為Bi2WO6,其組成最簡單,因其能解決能源與環(huán)境問題而受到關(guān)注,朱與于的團(tuán)隊報道了Bi2WO6的納米片和納米粒的制備。并且研究了它們的催化活性,研究結(jié)果顯示Bi2WO6是優(yōu)異的催化劑。</p><p>  眾所周知,光催化活性與催化劑的直徑大小,比表面積,電子-空穴的分離效

7、率等密切相關(guān)。因此控制可見光催化劑Bi2WO6的微觀結(jié)構(gòu)以提高它的催化性能具有較高的研究價值。</p><p>  以檸檬酸鉍銨Bi(NH3)2C6H7O7 ·H2O,名為CBN)為原料,利用水熱法制備高活性的納米Bi2WO6。這種可見光催化劑Bi2WO6在可見光(氙燈(λ>420nm,500W)或U型熒光燈(433nm<λ<700nm,8W))照射下分解羅丹明B,這表明Bi2WO6有

8、優(yōu)異的可見光催化性能。</p><p><b>  實驗部分</b></p><p>  所有的化學(xué)試劑都是由上海化學(xué)有限公司生產(chǎn),將Bi(NH3)2C6H7O7 ·H2O與Na2WO4 · 2H2O以摩爾比為2:1的比例混合,將混合液的PH值調(diào)節(jié)到7,并放在室溫下攪拌,然后將懸浮液定到入50ml聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜中,大概為其容積的80%。而后將

9、聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜放入不銹鋼套中封住,置于160℃烘箱中反應(yīng)12~48h。反應(yīng)完畢后將反應(yīng)釜取出放在室溫下冷卻,最后收集沉淀,并用無水乙醇洗滌幾次,再將洗滌好的樣品放入80℃烘箱中干燥。</p><p>  類似的用Bi(NO3)3.5H2O為鉍源(產(chǎn)品名為t-BWO),其他步驟與上述的相同。利用固相反應(yīng)法制備塊狀的Bi2WO6(名為SSR-BWO)。</p><p>  XRD衍射儀的

10、規(guī)格為D/MAX 2250V (Rigaku, Japan),衍射源為Cu源,Ka源(λ =0.15418 nm),電壓40KV,,電流100mA,衍射角為10° <2θ <70°。利用TEM(JEOL JEM-2100F)</p><p>  觀察其的微觀結(jié)構(gòu),電壓為200KV。利用紫外分光光度計(日立,U-3010)測定樣品的反射系數(shù)。在77.35 K下用Micromerit

11、ics Tristar 3000分析儀中200℃下去瓦斯6h,用測定氮的吸附量以測定樣品的表面積。</p><p>  將所制備的高活性光催化劑樣品加入到RhB溶液中,放入可見光源下??梢姽獾墓庠从?00WXe燈經(jīng)過420nm濾光后所形成的。也用U型緊湊型熒光燈(菲利普公司,8W,433<λ<700nm)做光源。在每次實驗中,每100mlRhB(10-5 mol/L)中加入0.1g催化劑,在實驗之前,

12、為了確保催化劑充分吸附RhB,需將攪拌好的溶液置于暗室1h。然后將混合物置于可見光源下照射,一段時間后用離心機離心分離催化劑顆粒,并將濾液用紫外分光光度計(日立,U-3010)測定吸附譜的范圍,記錄數(shù)據(jù)。</p><p><b>  結(jié)果與討論</b></p><p>  在中性(PH=7)、反應(yīng)溫度為160℃下反應(yīng)24h所制備的樣品的XRD圖譜如圖1所示。所有的衍射

13、峰值是和標(biāo)準(zhǔn)峰(JCPDS , No. 39-0256)對比得到經(jīng)過分析Bi2WO6晶體的晶格參數(shù)為a =5.456 Å, b =16.445 Å, c = 5.444 Å。</p><p>  利用TEM測定Bi2WO6的微觀結(jié)構(gòu)的圖像如圖2-a所示。圖2-a顯示,所制備的樣品的平均粒徑為30nm。高分辨率TEM所測定Bi2WO6的圖像(圖2-b)顯示Bi2WO6的結(jié)構(gòu)為納米級。圖

14、2-c顯示Bi2WO6是30nm長的片狀結(jié)構(gòu)。</p><p><b>  圖2</b></p><p>  利用吸附N2法測定出Bi2WO6的比表面積為51.5m2/g,它是塊狀SSR-BWO的80~90倍。因此表明納米Bi2WO6有較高的比表面積。</p><p>  光催化活性與顆粒半徑和比表面積密切相關(guān)。隨機產(chǎn)生的電荷載體擴散到表面的平

15、均時間符合公式τ = r2π2D ,r是顆粒半徑,D是載體的擴散系數(shù)。如果顆粒半徑減小,那么將減小能有效的移動到表面降解吸收RhB的分子的光生電子空穴對隨即重組的機會。另外BET比表面積的增大和顆粒半徑的減小有利于吸收更多的光和增加反應(yīng)位點。這些因素都能提高催化活性。所以制備顆粒半徑更小和比表面積更大的催化劑可以提高催化活性,雖然結(jié)晶度,相位,結(jié)構(gòu),形態(tài)也會影響活性。用這種方法制備的納米Bi2WO6顆粒具有半徑小比表面積大的優(yōu)點,能為高

16、的光催化活性提供必要條件,并且實驗觀察也支持這一現(xiàn)象</p><p>  Bi2WO6樣品合成的漫反射紫外線可見光譜如圖3。樣品的吸收邊緣幾乎延伸到整個可見光譜,這意味著這些材料在可見光照射下有高催化活性。眾所周知半導(dǎo)體晶體的光學(xué)吸收在吸收帶邊緣的時候他符合αhν= A(hν - Eg)n/2,α,h, ν, Eg, 和 A分別是吸收系數(shù)Plank常數(shù),光頻率,帶隙,和常數(shù)。其中n決定了半導(dǎo)體在過渡態(tài)的特點。因此

17、Bi2WO6納米片的帶隙能量大約是2.5eV。這表明在可見光照射下納米Bi2WO6的帶隙非常適合降解有機污染物。光學(xué)催化劑的顏色是暗黃色,它屬于可見光譜中。</p><p>  利用DFT計算Bi2WO6的電子結(jié)構(gòu),結(jié)果為的Bi2WO6價帶Bi 6s、O 2p雜化,導(dǎo)帶為W 5d。因此Eg變得狹窄,吸收范圍延伸到可見光區(qū)域。這種特殊的電子結(jié)構(gòu)使得價帶散開,光生電子空穴容易移動到晶體表面,有利于光催化降解有機污染物

18、。</p><p>  在500WXe燈下(λ>=420nm)光降解染料RhB,這表明了納米Bi2WO6的可見光催化活性。在可見光照射下,由于乙基組被分解,RhB/Bi2WO6混合物的顏色隨光的照射而變淺。光催化降解反應(yīng)后的RhB水溶液的紫外可見光譜如圖4所示。圖4a顯示當(dāng)用可見光照射(λ>420nm)RhB/Bi2WO6時,吸光率最大的為Ca,在552nm處明顯下降。經(jīng)過40分鐘的照射,它的顏色幾乎

19、完全消失。圖4b是顯示可見光的催化效率。C在552nm波長處吸收,C0為空白樣(沒有光催化劑Bi2WO6)的吸收峰。圖4b上說明空白樣在可見光的照射下只顯示小的分解,40分鐘的照射后的分解效率僅為4%,這說明沒有光催化劑Bi2WO6的RhB溶液降解的非常緩慢。為了使所制備Bi2WO6的能充分吸收RhB,需將含有Bi2WO6的RhB置于暗室40分鐘。經(jīng)過光催化分解RhB,RhB/Bi2WO6在暗室中反應(yīng)的比較表明,高活性光催化劑Bi2WO

20、6降解RhB是通過光催化過程的(光催化劑Bi2WO6只有在光下才有活性)。經(jīng)過實驗還表明納米Bi2WO6的活性是T-BWO的2~4倍,是SSR-BWO的8~10倍。</p><p>  圖4 c表明由于樣品的結(jié)晶度不夠好,當(dāng)水熱時間為12h時制備的Bi2WO6,僅經(jīng)過60分鐘的照射,它降解RhB的效率就是30%。然而制備時水熱時間為24h時,經(jīng)過40分鐘的照射,Bi2WO6光降解RhB的效率就達(dá)到近100%。之后

21、隨著水熱時間的增加,Bi2WO6的光催化效率略有增加。</p><p>  圖4d表示含不同PH值的前體懸浮液制備的Bi2WO6樣品的RhB溶液光降解的效率的不同。當(dāng)pH近中性時(5.3-8.3)RhB光解效率比其他pH條件下所制備的納米Bi2WO6高。</p><p>  為了證實高性能光催化劑納米Bi2WO6的穩(wěn)定性,將從光降解RhB反應(yīng)后回收的Bi2WO6放在循環(huán)運行的可見光(λ&g

22、t;420nm)中檢查(圖5),發(fā)現(xiàn)光降解RhB反應(yīng)后回收的Bi2WO6的催化活性比沒有較大的損失。這表明納米Bi2WO6有很高的化學(xué)穩(wěn)定性,不會被污染物分子光氧化腐蝕。這一點在催化劑的應(yīng)用特別重要。</p><p>  根據(jù)實驗結(jié)果與觀察可能的反應(yīng)過程如下所示:</p><p>  Bi(NO3)3→Bi3++3NO3- (a)</p><p>  Na2WO4→

23、2Na++WO42- (b)</p><p>  2Bi3++WO42-→Bi2WO6 (c)</p><p>  Bi(NH3)2C6H7O7→Bi3+-(NH3)2C6H7O73- (d)</p><p>  2Bi3+ -(NH3)2C6H7O73- +WO42-+2H2O→Bi2WO6+2(NH3)2C6H7O73- +4H+ (e)</p>

24、<p>  用水熱法制備Bi2WO6通常用Bi(NO3)3作為Bi源。方程式a說明Bi(NO3)3的水溶液中產(chǎn)生Bi3+,Na2WO4的水溶液中產(chǎn)生WO42-(方程b)。當(dāng)兩種溶液混合立即生成白色沉淀Bi2WO6(方程c)。由于整個沉淀過程,Bi2WO6的微觀結(jié)構(gòu)是自然成核和各向異性生長的,因此形成了大顆粒和小表面積的產(chǎn)物。然而利用Bi(NH3)2C6H7O7代替Bi(NO3)3作Bi源就沒有沉淀現(xiàn)象。由于Bi(NH3)2C6

25、H7O7的獨特性質(zhì)該混合物在攪拌下變得無色透明。使用Bi(NH3)2C6H7O7時產(chǎn)生了復(fù)雜的Bi3+-(NH3)2C6H7O73-(方程d)。由于Bi3+與WO42-不會直接生成沉淀,因而Bi(NH3)2C6H7O7與Na2WO4的混和溶液時無色透明的。當(dāng)水熱的溫度升高Bi(NH3)2C6H7O7會慢慢釋放Bi3+,Bi3+再與WO42-反應(yīng)生成沉淀(方程e)。水熱法制備Bi2WO6的過程類似于均勻沉淀,所形成的產(chǎn)物顆粒小、表面積大。

26、由于Bi(NH3)2C6H7O7的作用,所形成的Bi2WO6的晶體結(jié)構(gòu)有固定的各向異性,因此形成的Bi2WO6往往成片狀。另一方面,光催化劑的</p><p>  還采用了8WU型的壓縮熒光燈作為光源。圖6顯示在此條件下Bi2WO6的光催化活性也很高。經(jīng)60分鐘照射,Bi2WO6的光解效率接近95%,這比t-BWO高 (2-4 倍)。另一方面,不含任何催化劑的RhB溶液光解非常慢,含有Bi2WO6的RhB溶液在黑

27、暗中不降解。這對將來實際應(yīng)用十分有利,因為燈室從500W的氙燈變?yōu)?W的U型的壓縮熒光燈會大量降低能量消耗。在光催化劑的實際應(yīng)用中,能源消耗仍是一個需要解決的問題。本研究暗示這種納米Bi2WO6有大的比表面積,在戶內(nèi)光照條件下顯示了高光催化活性,為它以后應(yīng)用帶來了希望。</p><p><b>  結(jié)論</b></p><p>  在中性下160℃水熱24h所制備的可

28、見光催化劑納米Bi2WO6有較高的活性。我們所制備的納米粒子(30nm)有較小的粒徑和較高的表面積。在500W氙燈(λ>420nm)以及8W U型緊波型熒光燈(433nm<λ<700nm)的照射下,納米Bi2WO6的光催化活性是固相反應(yīng)制備的Bi2WO6的8~10倍。這為未來納米Bi2WO6在環(huán)境凈化中的應(yīng)用提供了依據(jù)。</p><p><b>  致謝</b></p

29、><p>  感謝中國科學(xué)院上海陶瓷研究所海外杰出人才招募計劃(百人計劃)中國國家自然科學(xué)基金(No. 50672117),中國國家基礎(chǔ)研究計劃(973工,2007CB613302)的資助。</p><p><b>  參考文獻(xiàn)</b></p><p>  [1] Honda, K.; Fujishima, A. Nature 1972, 238,

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