MBi<,2>O<,4>(M=Mg、Ca、Sr、Ba)的制备及其可见光催化活性

• 作 者: 刘良军
• 机 构: 中国科学院广州能源研究所
• 出 处: 中国科学院广州能源研究所
• 发表日期: 2006年期
• 关键词: 铋酸盐 光催化剂 溶胶凝胶法 原子半径 可见光催化活性 热处理温度 金属离子 掺杂改性

光催化在环境治理和太阳能储能方面都具有潜在的应用前景，受紫外线激发的TiO2光催化剂在催化降解有机物、自洁、杀菌抗菌等方面都有较多应用研究报道。太阳光能中，紫外光线约占4％，可见光约占了43％。常用锐钛矿型TiO2的带隙能为3.2ev，在利用太阳能方面受到了一定限制。开发新型可见光响应的半导体光催化剂，在利用太阳能治理环境方面也有着广泛的应用前景。本文报道了一种新型可见光光催化剂MBi2O4(M=Mg、Ca、Sr、Ba)的制备方法；并初步探讨了原子半径对系列光催化剂MBi2O4催化活性的影响机理；考察了热处理温度对SrBi2O4光催化氧化活性的影响；同时对SrBi2O4进行了金属离子Co2+、Ni2+的掺杂来考察其活性的变化，并与Co2+掺杂TiO2引起的变化做了对比。　　
结果表明：　　
(1)制备过程中，氨水用量对混合溶液pH值有着显著影响，EDTA与氨水的最佳用量比经多次实验定为1:3.5。随着热处理温度升高，SrBi2O4催化活性逐渐提高，带隙能减小，吸收可见光范围拓宽；高温处理的SrBi2O4晶体结构较完整，光生载流子得到较好的分离，表现出较好的可见光活性。　　
(2)MgBi2O4、CaBi2O4、SrBi2O4、BaBi2O4系列光催化剂在可见光照射下，对亚甲基蓝均显示良好活性，随着离子半径增大，MBi2O4催化活性有递减趋势。可能是随着离子半径增大引起催化剂晶格以及内部电子结构变化。　　
(3)采用溶胶凝胶法制备的Co2+非均匀、均匀掺杂TiO2薄膜的催化活性与纯TiO2薄膜比较：非均匀＞纯TiO2＞均匀。不同掺杂方式的最佳掺杂浓度均为0.1％。此时，光催化降解甲基橙的效果最优；瞬时光生电流最强；光电压也最大。掺杂不同浓度Co2+的SrBi2O4与纯SrBi2O4比较催化活性变化不大，漫反射光谱及光电流均显示出此结果。而Ni2+掺杂SrBi2O4则显示：较小浓度的掺杂(0.1％、0.3％、0.7％)使得SrBi2O4催化活性有所降低，而掺杂浓度为1％时催化活性反而高于纯SrBi2O4，到掺杂浓度为5％、10％时活性与纯SrBi2O4基本相当。