Bi_(12)TiO_(20)光催化性能研究进展

Bi_(12)TiO_(20)具有良好的可见光光催化活性,是当前光催化领域研究的热点材料之一.为提高Bi_(12)TiO_(20)光催化性能,从制备、掺杂和复合三个方面总结了Bi_(12)TiO_(20)光催化性能的研究进展,并对其未来的发展进行了展望.

坩埚下降法生长大尺寸Bi_(12)GeO_(20)晶体的宏观缺陷

Bi_(12)GeO_(20)晶体是一种多功能光电材料,在可见光范围内具有高速光折变响应,以及良好的压电、声光、磁光,旋光和电光等性能。目前,提拉法生长Bi_(12)GeO_(20)晶体,存在生长成本高、晶锭形状不规则、生长产率低、晶体光学质量差和有效晶体截面小等问题。本研究率先采用改进的坩埚下降法,在铂金坩埚和空气气氛中生长大尺寸Bi_(12)GeO_(20)晶体。通过各种分析测试方法研究生长获得的Bi_(12)GeO_(20)晶体中宏观缺陷的形态、分布和成分构成,探讨了晶体生长过程中主要宏观缺陷的形成过程和成因。坩埚下降法生长的Bi_(12)GeO_(20)晶体存在两种主要宏观缺陷:枝蔓状和管状包裹体。其中,枝蔓状包裹体与铂金溶蚀后的析晶相关,而管状包裹体与铂金析出、接种界面不稳定性和温度波动有关。本研究提出了消除坩埚下降法生长晶体中宏观缺陷的技术途径,通过降低生长控制温度、缩短高温熔体保持时间和优选籽晶等措施,可重复地生长光学质量良好、55 mm×55 mm×80 mm的大尺寸Bi_(12)GeO_(20)晶体,显著提升晶体的光学透过性能。

Bi_(12)SiO_(20)晶体的小面生长

本文用“倾倒法”获得了光折变晶体 Bi_(12)SiO_(20)(简称 BSO)沿<001>、<110>、<111>及<112>四种取向提拉生长的不同过程中固液界面的形态。对凸形固液界面上出现的小面(奇异面)进行了宏观观测和极图分析,确定它们是{110}和{001}面簇。计算了不同取向生长时出现各小面的凸形固液界面的曲率半径,指出<111>和<112>取向生长有利于避免小面的出现。最后,从晶体生长动力学的角度定性说明了提拉生长的 BSO 晶体形态。

硅酸铋（Bi_（12）SiO_（20））晶体生长的研究进展

本文介绍了光折变晶体ＢＳＯ生长研究的国内外进展．对ＢＳＯ晶体生长方法、组分和结构缺陷表征、材料性能的改进等几个方面进行了综合评述．讨论了各种生长方法的优缺点以及阻碍ＢＳＯ晶体批量生产的几种因素．指出坩埚下降法在实现大尺寸优质ＢＳＯ晶体的批量生产方面已显示出优越性，它应该成为今后ＢＳＯ晶体生长研究的一个重要发展方向．

Bi_(12)SiO_(20)∶Mn,Cr晶体的杂质诱导光色特性

采用提拉法、电阻炉加热铂坩埚,a 轴取向生长纯的 Bi_(12)SiO_(20)和 Bi_(12)SiO_(20)∶0.05wt·%MnO_2,0.02wt·%Cr_2O_3(BSO∶Mn,Cr)晶体。电子顺磁共振谱指出:光照后激活心电荷态各自为 Mn^(5+)和 Cr^(4+);其 g 因子大小分别为2.0009和1.9616。光照前 BSO∶Mn 在410～750nm 有吸收带,并和吸收边重叠,它相应于 Mn^(5+)离子 ~3A_2→~3T_2,~3T_1跃迁,Mn^(5+)和 Mn^(4+)同时在晶体里存在。光照后,Mn^(5+)离子吸收增加。另外,BSO∶Cr 光色效应可通过 Cr^(5+)→Cr^(4+)电荷传输过程来解释。纯 BSO 晶体粉末有一个 g=2.0109峰宽为75G 的 ESR 带,这带被归为本征捕获空穴心。

光折变晶体Bi_(12)SiO_(20)的生长与性能

本文介绍了用感应加热引上法生长 Bi_(12)SiO_(20)(BSO)晶体必须要解决的几个工艺问题,并提出了调整原料的组成可以改进 BSO 晶体的衍射效率。

软铋矿Bi_(12)MnO_(20)的制备及利用超氧自由基提升其去除有机污染物光催化活性

通过湿法球磨联合煅烧方法制备软铋矿型光催化材料Bi_(12)MnO_(20),其光吸收能力覆盖200~2200nm光谱范围。Bi_(12)MnO_(20)的晶体结构可以视为Mn^(4+)掺入到亚稳立方γ-Bi_(2)O_(3)的四面体中所得,并且Bi_(12)MnO_(20)的能带结构中出现禁带宽度为1.25eV的子带隙。这种能带结构的优化有利于Bi_(12)MnO_(20)光催化剂加速转化溶液中O_(2)为超氧自由基(·O_(2)^(-)),以改善光催化降解过程中的电荷分离和转移。结果表明,在模拟阳光照射下,Bi_(12)MnO_(20)对pH8溶液中浓度为10mg/L的孔雀石绿降解率达到95%以上。经过4次光降解实验后,Bi_(12)MnO_(20)对孔雀石绿的降解率保持在74.9%。

Bi:Bi_(12)SiO_(20)晶体的生长及二波耦合效应

用熔盐提拉法生长了Bi：Bi12SiO20（BSO）晶体，采用二波耦合光路测试了晶体的增益系数、衍射效率．实验结果表明：Bi，BSO晶体的光折变性能优于纯BSO晶体。

Bi_（12）TiO_（20）晶体的生长

Ｂｉ（１２）ＴｉＯ（２０）（ＢＴＯ）晶体属于Ｓｉｌｌｅｎｉｔｅ结构，它与Ｂｉ（１２）ＳｉＯ（２０）（ＢＳＯ），Ｂｉ（１２）ＧｅＯ（２０）（ＢＧＯ）晶体在结构和性能上具有许多相似之处．由于Ｂｉ（１２）ＴｉＯ（２０）晶体是非一致共熔化合物，因此，在其晶体的生长过程中，必须使用过量的Ｂｉ２Ｏ３作自溶剂，本论文采用提拉法，在低拉速、较高转速的生长条件下，生长出了质量较好的纯Ｂｉ（１２）ＴｉＯ（２０）晶体和不同掺Ｃｅ量的Ｂｉ（１２）ＴｉＯ（２０）晶体，并详细地讨论了晶体中的宏观缺陷，特别是包裹体．Ｂｉ（１２）ＴｉＯ（２０）中的包裹体的形状和出现位置与晶体生长时的提拉速度、旋转速度、生长时固液界面的形状以及掺杂比例等因素有着密切的关系．

Fe掺杂Bi_(12)TiO_(20)光催化剂的制备及光催化性能

以Bi(NO_(3))_(3)·5H_(2)O、钛酸四丁酯和FeCl_(3)为原料,采用水热-煅烧法制备Fe掺杂的Bi_(12)TiO_(2)0光催化剂(Fe-Bi_(12)TiO_(20)),使用XRD、UV-Vis DRS、SEM、氮气吸附-脱附、XPS对其进行了表征,并将其用于光催化降解亚甲基蓝(MB)。结果表明,当Fe的掺杂量为5%[以Bi(NO_(3))3·5H_(2)O和钛酸四丁酯的总质量为基准,下同]时,制得的催化剂(记为5%Fe-BTO)投加量为0.05 g时,其对质量浓度为10 mg/L(溶液体积50 mL)MB的降解率达到98.95%。经过Fe掺杂后,Fe-Bi_(12)TiO_(20)光催化剂形成了新的杂化能级,吸收带边界发生红移,进而提高催化剂的光催化活性,Fe以+3和+2价掺杂于Bi_(12)TiO_(20)晶体中。Fe-Bi_(12)TiO_(20)光催化剂经过重复使用5次后,对MB的降解率仍可达88%以上,具有优秀的光催化稳定性能。空穴(h+)和超氧自由基(·O_(2)^(–))是光催化降解过程中的主要活性物种。

球磨法制备Bi_(12)GeO_(20)/WO_(3)复合材料及可见光催化去除NO性能研究

采用简易球磨法制备了一系列Bi_(12)GeO_(20)/WO_(3)二元半导体复合材料,并对其物相、光学和电化学性质进行了分析。可见光光催化去除NO试验表明:随着WO_(3)负载量的逐渐增大,材料去除活性先增大后减小,这主要归结于合适的相组成以及异质结提高了界面载流子的分离效率。另外,WO_(3)的加入可有效抑制有毒中间产物NO_(2)的生成,从而促进硝酸根与亚硝酸根的生成。通过活性物种捕捉试验发现,超氧自由基和空穴在光催化反应中均起到了主要作用,羟基自由基起到了辅助作用。能带结构分析表明,复合材料的光催化机制遵从Ⅰ型过程。循环试验证明,材料具有较好的重复利用性和结构稳定性。

Bi_(12)XO_(20)和Bi_4X_3O_(12)(X=Ge、Si)晶体的反常光伏效应

从Bi_(12)XO_(20)和Bi_4X_3O_(12)(X=Ge,Si)的点群对称性出发,根据非铁电晶体反常光伏效应的唯象理论,导出了反常光伏电流的一般表达式,比较了它们光伏效应的差异和基本特性。从光伏效应的机制和光折变效应的一般模型出发,分析了 Bi_(12)GeO_(20)中这两种效应的内在联系,并根据光感生极化涨落模型,讨论了反常光生伏特效应产生的机制。

Gas-phase photocatalytic oxidation of benzene over titanium dioxide loaded on Bi_(12)TiO_(20)

TiO2 was prepared by sol-gel method using tetrabutyl titanate as precursor. TiO2 was loaded on Bi12TiO20. The photocatalyst with different TiO2 loading was calcined at 723 K. The photocatalytic activity of decomposition gaseous benzene was investigated in a batch reactor. The prepared photocatalyst was characterized by UV-vis diffuse reflectance. The result showed that TiO2/Bi12TiO20 absorbed much more ultraviolet light than Ti02 in the ultraviolet light region and showed red shift. The results indicated that the prepared photocatalyst can greatly promote the photocatalytic activity. The 2.0% TiO2/Bi12TiO20 system exhibited the highest photocatalytic activity.

Bi_2O_3-SiO_2系统的相关系和析晶行为的研究进展

本文介绍了Bi2O3－SiO2系统的研究进展．首先对该系统的稳定相平衡和亚稳定相平衡进行了综述，然后讨论了该系统中化合物Bi12SiO20、Bi4Si3O12和Bi2SiO5的结构、性能、生长、应用等方面的情况，预计Bi2SiO5将成为一种有前途的新功能晶体．

Bi_（12）SiO_（20）类晶体中全息图记录和读出的双施主模型

用双施主模型对Ｂｉ１２ＳｉＯ２０（ＢＳＯ）类光致折射晶体中全息图记录和读出的Ｋｕｋｈｔａｒｅｖ单施主模型进行了修正。并用以讨论了全息图的衍射率，得到一个描述衍射率的普遍公式。

光折变晶体Bi_(12)TiO_(20)的折射率和光学均匀性的测量

本文报导光折变晶体Bi_(12)TiO_(20)的折射率和光学均匀性的测量结果。

谐波电流的实时检测系统

基于自适应噪声干扰对消原理,提出了用人工神经网络进行实时谐波检测的方法。并使用霍尔电流传感器、光电隔离型电压传感器、PCL818L以及PC机组成了谐波检测的系统。实验结果证明了所提方法的实时性、正确性。

硅酸铋单晶光纤生长

利用自制电阻加热式下拉法生长装置,在较小温度梯度和较低下拉速度条件下,首次生长出晶向为[111]的硅酸铋单晶光纤,直径0.5—2mm,长度大于9mm。经测试,其磁光效应显著,电流-光强变换线性相关系数大于0.95,可用于制作光纤型磁光器件。

掺铬硅酸铋晶体的生长、退火及光透射

用熔盐提拉法生长出优质Cr·Bi12SiO2单晶，并在氧气中对晶体进行了退火处理，测定了晶体的吸收光谱，分析了Cr离子在Bi12SiO20晶体中的价态随退火条件的变化情况。首次发现，Cr：Bi12SiO20晶体中Cr3+外，还存在着少量Cr4+。

掺杂硅酸铋晶体的生长及样品加工

介绍了提拉法生长高质量掺杂硅酸铋Bi12SiO20（BSO）晶体的主要设备、仪器与工艺条件，并在实验的基础上，分析了BSO晶体在加工过程中开裂的原因，并提出了解决的办法。