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光催化材料-纳米三氧化二铋
发布时间:2024-06-01        浏览次数:50        返回列表

光催化材料-纳米三氧化二铋

 

面对环境的日益恶劣,光催化材料以其无毒无害且能高效解决污染问题而受到广泛关注,与TiO2相比,Bi2O3具有更优异催化性能,采用一种操作简单、成本低廉、易于工业化生产且粒径小,分散性好、纯度较高的Bi2O3产品,具有重要的理论及实际意义。

 

氧化铋(VK-Bi50)作为一种功能性材料已经渗透到人类生活和生产的许多领域,特别是在能源利用与环境保护方面显示出诱人的前景。因氧化铋在紫外到500 nm以内的可见光区有较强的吸收,光谱响应范围宽,可以克服TiO2的上述缺点,不仅具有较高的光催化效率,而且纳米氧化铋(VK-Bi50)材料对太阳光的吸收与利用能力提高,使其在太阳能光催化转化、太阳能电池等领域均能具有较好的应用前景。为此氧化铋在光催化领域的应用受到科研工作者的广泛重视,有关纳米氧化铋的研究如火如荼。

 

一、氧化铋简介

   1.Bi2O3的性质

Bi2O3为淡黄色粉末,加热时呈橙色,继续加热变为红棕色。其密度随晶型而改变:立方晶体为8.9 g·cm-3;正方晶体为8.55 g·cm-3;单斜晶体为8.2 g·cm-3Bi2O3860 ℃时熔化,沸点为1890 ℃,不溶于碱,但溶于酸形成铋盐,易被CCH4还原。虽然Bi2O3可以从天然的铋华(一种矿物)取得,但是它主要的来源通常是炼铜或铅时的副产物。

 

2.不同晶型Bi2O3的介绍

Bi2O3总共有6种同素异形体,即:α、β、γ、δ、ε和ω共6种晶型。但通常状况下主要以 α、β、γ、和δ 4种晶型存在。Bi2O3的几种晶相中,α-Bi2O3是低温稳定晶相,其能隙为2.85 eV,可以通过低温直接合成,也可以通过β、γ和δ-Bi2O3降温得到。α-Bi2O3加热到724 ℃左右转化成δ-Bi2O3,该晶型的稳定状态一直持续到860 ℃,继续升温,氧化秘熔融。δ-Bi2O3是高温稳定相,具有带缺陷的氟化钙型结构其中的氧空缺呈不规则分布。由于其中的氧离子有高的流动性,很种相态表现出很高的离子导电性。参入氧离子数相同且具有相同晶相氧化物能使δ-Bi2O3冷却至室温仍稳定。熔融的氧化铋缓慢冷却得到δ-Bi2O3,继续冷却得到四方β-Bi2O3和体心立方的γ-Bi2O3两种亚稳定相。在锻烧温度较低的情况下,β-Bi2O3可先于α-Bi2O3形成,如碳酸型,硝酸型及草酸型前体加热通常先形成β-Bi2O3,升高温度后β-Bi2O3可以转化成α-Bi2O3。γ-Bi2O3除了在冷却过程中形成,也可以采用电化学直接制备,参杂某些离子能增强补γ-Bi2O3的稳定性。

 

二、 Bi2O3在催化反应中的应用

Bi2O3用途广泛,特别是Bi2O3作为一种电子功能材料,除广泛用于压敏电阻,氧化镑避雷针器,彩色显象管,电容器等电子工业产品的制造;还应用于各种磁性材料,电解质材料,无机颜料,高折光玻璃,核工程用玻璃,防辐射材料等。但Bi2O3更是一种重要的催化材料,在催化反应中的应用有着广泛的应用潜力。目前,在催化反应中主要以α和β型Bi2O3应用为主。而γ型具备更优异性能,但因其低温难制备性在催化反应中应用较少。

 

1、燃速催化剂

氧化铅是双基系固体推进剂中重要的燃速催化剂,它能提高推进剂的燃速、降低压强指数,但是铅毒性较大,对人或环境有直接或潜在的危害。铋化物是一种毒性低,烟雾少, 对生态极为安全的燃速催化剂。实验证明,纳米Bi2O3VK-Bi50 在低压段对推进剂燃速的提高要优于纳米PbO 并且具有降低推进剂压强指数的作用, 因此纳米氧化铋(VK-Bi50)具有取代纳米氧化铅的光明前途。

 

2、光催化降解材料

 

近年来,利用半导体光催化降解有害污染物已成为比较热门的研究课题之一, 因其能有效地利用太阳能并在反应中产生强氧化能力的空穴和q基自由基,因而备受人们的关注。目前使用较多的是光催化活性高、稳定性好的 T iO 2,但由于其带隙较宽(3. 2eV ),只能吸收波长 Κ≤387 nm 的紫外光。近年来,有报道用Bi2O3 光催化处理含亚xiao酸盐废水的实验研究, 结果表明,Bi2O3具有较好的光催化活性。 纳米材料由于比表面积大,表面活性点多,光催化活性高,因而表现出更优异的光催化性质。虽然关于纳米Bi2O3光催化活性的研究还没有见诸报道,但是可以预见,纳米Bi2O3 VK-Bi50)具有优于普通粉体的光催化性能。

 

3、另外,Bi2O3被认为是一种极具应用潜力的可见光催化剂。研究表明,在α-Bi2O3,存在条件下,可见光照射2小时4-氯苯酚降解率达95%,其催化性能高于同条件下的碳掺杂TiO2。α-Bi2O3,β-Bi2O3,δ-Bi2O3光催化甲基橙及4-氯苯酚降解效率远高于氮掺杂TiO2