規(guī)整形貌BiPO4的水熱合成及其光催化性能的研究.pdf

1、很多含鉍化合物在紫外光或可見光的照射下都可以有效快速降解有機污染物。有研究發(fā)現(xiàn)BiPO4表現(xiàn)出比P25更高的紫外光催化活性。光催化劑的晶相結(jié)構(gòu)、形貌尺寸等是影響其紫外光催化活性的主要因素，而這些又與其合成方法和制備條件有著密不可分的關(guān)系。水熱合成法是眾多實驗方法中最為簡便經(jīng)濟的合成方法之一，在水熱過程中，添加輔助物在合成具有特殊形貌材料方面具有廣闊前景，且已被普遍應(yīng)用。添加的輔助物主要充當(dāng)結(jié)構(gòu)指導(dǎo)劑或晶體生長改性劑的角色。本研究即是在不

2、同有機添加物的輔助作用下水熱合成系列BiPO4光催化劑，同時借助XRD、SEM、PL和UV-DRS等表征手段，探討了不同的水熱條件對BiPO4產(chǎn)物的晶相、形貌及其他性質(zhì)的影響，并以羅丹明B為目標(biāo)降解物選擇性考察BiPO4的光催化活性。研究結(jié)果表明:
　　(1)在甘露醇的輔助作用下采用水熱法制備出了不同晶相結(jié)構(gòu)和形貌的BiPO4光催化劑。結(jié)果表明，甘露醇的加入量對產(chǎn)物的晶相沒有明顯影響，但對產(chǎn)物形貌有影響。在較高水熱溫度、無甘露醇的

3、條件下制得的產(chǎn)物為棱柱狀，有甘露醇的條件下制得的產(chǎn)物為多面體，且隨著甘露醇加入量的增大，多面體的尺寸減小。繼續(xù)增大加入量，產(chǎn)物出現(xiàn)分級結(jié)構(gòu)的趨勢。在甘露醇的輔助作用下，水熱溫度和水熱時間對產(chǎn)物的晶相結(jié)構(gòu)和形貌影響很大，低溫和短時間有利于形成六方相結(jié)構(gòu)，呈端面有突起的棒狀。高溫和長時間有利于形成單斜相結(jié)構(gòu)，呈多面體狀。產(chǎn)物結(jié)晶度均較高。單斜相產(chǎn)物的形成經(jīng)歷了從六方相的轉(zhuǎn)變過程。這也說明單斜相結(jié)構(gòu)比六方相結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。并以羅丹明B為目標(biāo)降解物

4、考察其光催化活性。單斜相BiPO4的光催化活性高于六方相，甘露醇輔助制得的單斜相BiPO4的光催化活性高于無甘露醇條件下得到的單斜相產(chǎn)物，制備過程中甘露醇的輔助可以提高BiPO4產(chǎn)物的光催化活性。
　　(2)在明膠的輔助作用下，通過改變反應(yīng)溶液的PH值和明膠的加入量水熱條件下制備出了不同晶相結(jié)構(gòu)和不同形貌的BiPO4光催化劑。并對產(chǎn)品的SEM、XRD、PL、UV-DRS以及光催化活性做進(jìn)行進(jìn)一步分析。結(jié)果表明，170℃水熱24h條

5、件下，PH值的改變對產(chǎn)品的晶相有很大影響，PH=1時，生成的單斜相BiPO4(空間群為P21/n，簡記為nMBIP);PH=4和7時，得到不同結(jié)構(gòu)的單斜相BiPO4（空間群為P21/m，簡記為mMBIP）和nMBIP;PH=9時，得到的產(chǎn)物是mMBIP和Bi3+3(PO4)2OH的混合物。不同PH值條件下產(chǎn)物的形貌不同。明膠加入量對產(chǎn)物的晶相沒有影響，但對產(chǎn)物形貌有一定影響。隨著明膠加入量的逐漸增多，產(chǎn)物形貌從最初的棒狀和棱柱狀最終變?yōu)?/p>

6、不規(guī)則多面體，且尺寸呈增大趨勢。隨PH值的增高和明膠加入量的增大，產(chǎn)物的光催化活性逐漸減弱。170℃水熱24h條件下加入0.15g明膠時制得的nMBIP的光催化活性最好，無明膠的條件下得到的單斜相產(chǎn)物的光催化活性次之，制備過程中明膠的輔助可以提高BiPO4產(chǎn)物的光催化活性。
　　(3)在EDTA的輔助作用下采用水熱法制備出雪花狀的BiPO4光催化劑，EDTA的加入對產(chǎn)物的晶相沒有明顯影響，但對產(chǎn)物形貌有很大影響。在180℃不加入E

7、DTA的條件下制得的產(chǎn)物為棱柱狀和不規(guī)則多面體，有少量EDTA的條件下制得的產(chǎn)物為多面體，且隨著EDTA加入量的增大，產(chǎn)物出現(xiàn)分級結(jié)構(gòu)的趨勢，最終得到漂亮的雪花。在EDTA的輔助下，水熱溫度對產(chǎn)物的晶相結(jié)構(gòu)影響很大，低溫間有利于形成六方相結(jié)構(gòu)，高溫有利于形成單斜相結(jié)構(gòu)，產(chǎn)物結(jié)晶度均較高。這也說明單斜相結(jié)構(gòu)比六方相結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。但水熱時間對產(chǎn)品晶相沒有明顯影響。單斜相BiPO4是由六方相逐步轉(zhuǎn)變而成的。隨時間的延長，BiPO4催化活性越來越