氧化锑(Sb_(2)O_(3))纳米材料的制备及应用现状

综述了近些年Sb_(2)O_(3)纳米材料的制备方法、工艺及其应用的研究进展,并对其未来发展前景进行了展望。目前,Sb_(2)O_(3)纳米材料的制备方法可分为固相法、气相法和液相法三大类,以机械球磨法、低压蒸汽法、等离子法、醇解法、化学还原法和静电纺丝法为典型代表,上述方法兼具高效且稳定等优点,但也存在能耗大、制备过程复杂及力学性能较差等局限性。Sb_(2)O_(3)纳米化后可显著提升其耐磨性、折射率、质子电导率等,可被拓展应用于阻燃剂、传感器及半导体等领域。针对目前Sb_(2)O_(3)纳米材料性能难以显著提升且无法单独使用等问题,其未来发展方向将在现有技术基础上加以研究创新,有望在Sb_(2)O_(3)纳米纤维上获得优异的力学性能,并实现性能显著提升的同时提高其实际应用性。

Ag/Bi_(2)O_(3)纳米块自供能紫外探测器的制备及性能

为了实现在无外部供能下对紫外光的有效探测,基于Ag修饰的Bi_(2)O_(3)纳米块(Ag/Bi_(2)O_(3))纳米块制备了自供能紫外探测器。通过煅烧法制备Bi_(2)O_(3)纳米块,随后采用室温溶液法在其表面沉积Ag纳米粒子,进而成功制备了Ag/Bi_(2)O_(3)纳米块,且对所制备样品的晶体结构和微观形貌等进行了表征。结果表明,Ag/Bi_(2)O_(3)纳米块的平均尺寸约为1μm,且Ag纳米粒子随机分布在Bi_(2)O_(3)纳米块表面。将涂覆Ag/Bi_(2)O_(3)纳米块的FTO作为工作电极,并进一步构建了自供能紫外探测器。在365 nm的紫外光照射下,Ag/Bi_(2)O_(3)纳米块紫外探测器能在零偏压下实现对紫外光的快速检测,这证实其具有自供能特性。相比于Bi_(2)O_(3)纳米块紫外探测器,Ag/Bi_(2)O_(3)纳米块紫外探测器的光电流得到明显提升,上升和下降时间分别缩短至29.1 ms和40.2 ms,并具有良好的循环稳定性。

基于Bi_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)复合材料的自供能紫外探测器的制备及性能研究

为了获得高性能的自供能紫外探测器,结合热聚法和溶液法成功制备了Bi_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)复合材料,并对其微观形貌、晶体结构、元素组成及价态进行了表征。结果表明,Bi_(2)O_(3)呈蜂窝状结构的块体,其附着在具有层状结构的g-C_(3)N_(4)纳米片上。基于该异质结制备了无需外加偏压即能工作的紫外探测器。在紫外光照射下,Bi_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)光电探测器能够立即产生光电流并达到最大稳定值约0.43μA,相比于Bi_(2)O_(3)纳米块紫外探测器,其光电流提升了约1.05倍。值得注意的是,Bi_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)紫外探测器还展现出了快的响应速度(约181.7 ms),并且其光电流与入射光强也具有良好的线性关系,表明该器件对不同强度的紫外光均能实现快速且稳定的探测。

Bi_(2)O_(3)/CaFe_(2)O_(4)Z型异质结材料光催化降解氧氟沙星

利用溶剂热法合成了Z型异质结Bi_(2)O_(3)/CaFe_(2)O_(4)复合催化剂。采用多种表征手段对其晶体结构、形貌和性能进行了表征,并以氧氟沙星(OFX)为降解对象考察了Bi_(2)O_(3)/CaFe_(2)O_(4)复合催化剂的光催化活性。结果表明:Bi_(2)O_(3)负载在CaFe_(2)O_(4)表面,构建了Z型异质结构,这种结构能加速无效光生载流子的复合,促进有效光生载流子的分离,提升Bi_(2)O_(3)/CaFe_(2)O_(4)复合催化剂的可见光催化活性;Bi_(2)O_(3)/CaFe_(2)O_(4)复合催化剂对OFX的降解效果明显优于纯Bi_(2)O_(3)和CaFe_(2)O_(4)。在Bi_(2)O_(3)负载量为5%时,Bi_(2)O_(3)/CaFe_(2)O_(4)对OFX的降解效果最好,降解率可达78.7%,经过4次循环,依然可达到62.5%,说明其理化性能稳定,能够长期稳定循环使用。

Bi_(2)O_(3)-CuO复合材料的制备及其电催化还原CO_(2)性能研究

采用沉淀法-水热法合成了电催化Bi_(2)O_(3)-CuO复合材料.利用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X-射线光电子能谱(XPS)等方法对样品的结构和形貌进行了研究.用电化学测试方法对材料电催化性能进行研究,用气相色谱和核磁共振氢谱对产物进行分析.电催化实验结果表明,Bi_(2)O_(3)-CuO复合材料的电催化性能及对甲酸盐的选择性远高于Bi_(2)O_(3)和CuO.其中比例为1∶1的Bi_(2)O_(3)-CuO复合材料性能最好,在-1.2 V vs.RHE的电位下,甲酸盐的法拉第效率为90.3%,电流密度为20 mA/cm^(2),测试10 h保持稳定.

铈掺杂对α-Bi_(2)Mo_(3)O_(12)纳米片催化剂丙烯选择性氧化性能的影响

采用快速微波辅助水热法制备了4种不同的Bi_(2-x)Ce_(x)Mo_(3)O_(12)纳米片催化剂。在制备过程中通过调节铈的掺杂量可以改变合成催化剂的形貌和结构,成功地提高了Bi_(2-x)Ce_(x)Mo_(3)O_(12)纳米片催化剂的比表面积。结果表明,煅烧温度为500℃、pH为3、掺杂量x=0.05时制备的Bi_(2-x)Ce_(x)Mo_(3)O_(12)纳米片催化剂具有最高的丙烯选择性氧化性能,丙烯转化率为42.1%,丙烯醛选择性为88.3%。Bi_(2-x)Ce_(x)Mo_(3)O_(12)纳米片催化剂的性能与结晶度呈负相关。用XPS表征了Bi_(2-x)Ce_(x)Mo_(3)O_(12)的氧迁移率,Bi_(2-x)Ce_(x)Mo_(3)O_(12)的催化性能与其氧流动性呈正相关。

构筑功能性Bi_(2)O_(3)光催化材料的研究进展

随着世界经济的快速发展,出现了严重的能源短缺和环境危机,光催化技术是缓解该问题的有效方案。Bi_(2)O_(3)具有独特的层状结构和较窄的禁带宽度、潜在的可见光驱动光催化性能,逐渐成为环境能源科学领域的研究热点之一。该文概述了Bi_(2)O_(3)光催化材料的制备方法,重点介绍了气相反应法、液相反应法、固相反应法和其他方法的研究现状;总结了Bi_(2)O_(3)光催化材料构筑策略、去除成效及主要机理;阐述了Bi_(2)O_(3)光催化材料在光催化水环境处理、水分解制氢、固氮脱硫、杀菌消毒、二氧化碳还原、电极与超级电容器领域的应用;最后,提出了Bi_(2)O_(3)光催化材料存在的问题,并对其未来发展方向进行了展望。

Bi_(4)Ti_(3)O_(12)/CuBi_(2)O_(4)复合材料的制备及其光催化性能

通过水热法制备Bi_(4)Ti_(3)O_(12)和CuBi_(2)O_(4)纳米复合材料,并通过原位生长法将两种材料复合。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见分光光谱(UV-Vis)、X射线光电子能谱技术(XPS)、荧光光谱仪、电化学工作站等分析方法研究了纳米复合材料的物相组成、微观形貌及相应的光学性质。使用饱和甘汞电极、铂丝电极以及Bi_(4)Ti_(3)O_(12)/CuBi_(2)O_(4)光电极构建三电极体系,表征复合材料的瞬态光电流响应能力。通过降解罗丹明B,评估染料降解速率,分析复合材料的光催化性能。结果表明,与CuBi_(2)O_(4)进行复合有利于提升Bi_(4)Ti_(3)O_(12)单体的性能,CuBi_(2)O_(4)的质量分数为15%时降解效率可达66.8%,表现出优异的光催化性能。

蜂巢状LaVO_(4)/Bi_(2)O_(3)异质结光催化降解盐酸四环素的研究

为提升Bi_(2)O_(3)的光催化活性,采用溶剂热和水热法制备了LaVO_(4)/Bi_(2)O_(3)复合材料。利用多种手段对LaVO_(4)/Bi_(2)O_(3)的结构、形貌和性能进行了表征与分析,并以盐酸四环素(TCH)作为降解对象,考察了该复合材料的光催化活性。研究结果表明,LaVO_(4)紧密负载在Bi_(2)O_(3)表面,形成Z型异质结,这种结构能有效促进光生载流子分离,从而显著提高LaVO_(4)/Bi_(2)O_(3)的可见光催化活性。LaVO_(4)/Bi_(2)O_(3)复合催化剂具有蜂巢状形貌,这种形貌显著提升了催化剂的比表面积,并有利于反应物分子的吸附、扩散和运输。LaVO_(4)/Bi_(2)O_(3)对TCH的降解效果优于Bi_(2)O_(3)和LaVO_(4),当LaVO_(4)质量分数为5%时,复合催化剂的光催化活性及稳定性最好。在可见光照射3 h后LaVO_(4)/Bi_(2)O_(3)对TCH的降解率可达86.32%,4次循环后对TCH的降解率仍然可达到76.58%,说明其理化性能稳定,能够长期循环使用。淬灭实验表明,LaVO_(4)/Bi_(2)O_(3)降解TCH过程中的主要活性物种为·OH和·O_(2)^(-)。本研究为提升Bi_(2)O_(3)的光催化活性及有效去除水体中的TCH提供了一种新思路。

微波辐射制备Bi_(2)O_(3)/NiF光阳极及模拟日光下光电催化氧化降解罗丹明B

针对粉体Bi_(2)O_(3)光催化剂光利用效率低及难回收再利用等技术问题,采用浸渍—微波辐射技术在泡沫镍(NiF)上负载Bi_(2)O_(3)来制备Bi_(2)O_(3)/NiF光阳极,并借助SEM,XRD,XPS等手段及电化学工作站分析方法研究了光阳极的形貌结构及光电催化氧化性能.结果显示,花簇状的Bi_(2)O_(3)成功地负载在NiF的三维骨架上,Bi_(2)O_(3)/NiF具有优异的光电转化效率.在最佳制备条件,当光电流密度为15µA/cm^(2),外加电压为2V、RhB初始浓度为8mg/L、pH值为3的条件下,Bi_(2)O_(3)/NiF光电催化氧化降解罗丹明B(RhB)的效率可达95.35%,Bi_(2)O_(3)/NiF光电催化氧化降解RhB符合一级反应动力学方程,自由基淬灭实验证实h+在Bi_(2)O_(3)/NiF光电催化氧化降解RhB过程中起着主要作用.

CuO/In_(2)O_(3)复合纳米材料的制备及其正丁醇气敏性能研究

p-n结独特的势垒效应能够显著地改变半导体复合材料的光学和电学性能,同时也能影响气敏元件的灵敏度。通过两步水热法制备出不同质量比的CuO/In_(2)O_(3)复合纳米材料。利用X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜和X射线光电子能谱等方法分析了材料的形貌和结构。观察到CuO为球形分级结构,In_(2)O_(3)纳米颗粒附着在其表面。通过气敏性能测试发现,CuO/In_(2)O_(3)复合纳米材料中CuO与In_(2)O_(3)的质量比为1∶2时,样品在225℃下对体积浓度为100×10^(-6)的正丁醇的灵敏度为107,相对纯In_(2)O_(3)纳米颗粒提升了57%。另外,该样品也对正丁醇表现出很好的选择性和稳定性。

Ⅱ/Z型Bi_(2)MoO_(6)/Ag_(2)O/Bi_(2)O_(3)异质结可见光催化降解四环素

构建异质结能够有效抑制光催化剂中光生电子和空穴的快速复合。本研究采用水热法、煅烧法以及溶剂热法合成了Ⅱ/Z型Bi_(2)MoO_(6)/Ag_(2)O/Bi_(2)O_(3)异质结光催化剂,利用不同研究手段分析材料的组成、形貌以及光电化学性能。结果发现,复合材料的最佳组成为25%ABOBM(Ag_(2)O/Bi_(2)O_(3)和Bi_(2)MoO_(6)的质量比为1:4)。在可见光照射下25%ABOBM对四环素(TC)的降解效率可达85.6%,明显高于Ag_(2)O/Bi_(2)O_(3)和Bi_(2)MoO_(6),而且三次循环实验后仍具有良好的稳定性。25%ABOBM光催化性能的提高可归因于Ag_(2)O、Bi_(2)O_(3)以及Bi_(2)MoO_(6)之间异质结的构建和特殊形貌的形成。自由基捕获实验和电子顺磁共振谱(EPR)结果表明,h+和·O2-在TC的降解过程中发挥着主要作用,而·OH和1O2发挥着次要作用。实验还探索了相关光催化机理,并利用液相色谱-质谱联用仪(LC-MS)对TC可能的降解路径进行了分析。本研究为双异质结光催化剂的制备及其在有机污染物降解应用方面提供了新的思路。

CNT-Co/Bi_(2)O_(3)催化剂光催化协同过硫酸盐活化高效降解四环素

在过硫酸盐高级氧化技术中,Co^(2+)的再生效率低是Co高效活化过一硫酸盐(PMS)的主要问题。成功制备了富含氧缺陷氧化铋负载碳纳米管(x%CNT-Co/Bi_(2)O_(3))光催化剂,用于光催化协同过硫酸盐活化降解污染物。在紫外线照射下,催化剂添加量为20 mg/L、PMS浓度为0.5 mmol/L和初始p H为4.68时,70%CNT-Co/Bi_(2)O_(3)对四环素(TC)的降解率高达91.3%,具有优异的可重复利用性和稳定性。其降解活性的提高归因于CNT-Co具有极大的比表面积,有利于TC吸附,光生电子加速Co^(2+)→Co^(3+)→Co^(2+)的循环速率,既促进光生电荷的分离与迁移,又促进PMS的活化,实现TC的快速降解。此外,Bi_(2)O_(3)均匀分散在CNT-Co外管壁上,避免了Bi_(2)O_(3)纳米颗粒的团聚,CNT-Co具有较大的比表面积,有利于污染物吸附于催化剂表面,增加吸附效果。该体系产生多种活性物种,其贡献度为^(1)O_(2)>·SO_(4)^(-)>·OH>·O_(2)^(-),可实现自由基和非自由基双通路高效降解污染物。

m(ZnO)/m(B_(2)O_(3))质量比对低熔点封接玻璃Bi_(2)O_(3)-B_(2)O_(3)-ZnO结构、性能与润湿性的影响

针对真空玻璃封接的性能要求,本文采用高温熔融法制备了一种针对真空玻璃封接的铋系非晶无铅玻璃粉,通过高温X射线衍射、粉末X射线衍射、拉曼光谱、差式扫描量热仪、热膨胀测试和扫描电子显微镜等测试方法,研究了m(ZnO)/m(B_(2)O_(3))质量比对Bi_(2)O_(3)-B_(2)O_(3)-ZnO玻璃的网络结构、特征温度、热膨胀系数和封接温度的影响。结果表明,增加m(ZnO)/m(B_(2)O_(3))质量比可促进锌氧多面体由[ZnO_(4)]向[ZnO_(6)]转变,导致热膨胀系数降低,特征温度升高。当m(Bi_(2)O_(3))∶m(B_(2)O_(3))∶m(ZnO)质量比为80∶7∶13,玻璃具有较低的玻璃化转变温度T_(g)(371℃)和膨胀软化温度T_(f)(401℃),热膨胀系数为9.3×10^(-6)℃^(-1),封接温度为450℃,可满足真空玻璃封接对低熔点封接玻璃粉的要求。

Fe_(3)O_(4)/GO/CeO_(2)复合纳米材料的制备及其对水中亚甲基蓝吸附性能研究

首先通过溶剂热法制备Fe_(3)O_(4)纳米颗粒,再通过离子强度调控法制备磁性氧化石墨烯(Fe_(3)O_(4)/GO),最后用共沉淀法制得Fe_(3)O_(4)/GO/CeO_(2)复合纳米材料,并用扫描电镜(SEM)、能量色散X射线光谱(EDX)、X射线衍射(XRD)等技术对其进行表征。结果表明:Fe_(3)O_(4)纳米颗粒与CeO_(2)纳米颗粒均匀地分散在GO上。研究了Fe_(3)O_(4)/GO/CeO_(2)复合纳米材料对亚甲基蓝染料的吸附性能,并考察了不同因素对吸附性能的影响。由于Fe_(3)O_(4)纳米颗粒有着磁性的性质,易回收分离,具有再生利用性能。吸附实验结果表明:Fe_(3)O_(4)/GO/CeO_(2)复合纳米材料循环5次后对亚甲基蓝的吸附率仍在95%以上。因此,Fe_(3)O_(4)/GO/CeO_(2)复合纳米材料是一种新型优良的吸附剂材料,被应用于模拟染料废水中的亚甲基蓝去除研究。

γ-Fe_(2)O_(3) 量子点/Bi_(2)Te_(2.7)Se_(0.3)纳米复合材料的制备及热电性能研究

采用溶剂热法合成出γ-Fe_(2)O_(3) 量子点,并利用室温闪烧法合成了Bi_(2)Te_(2.7)Se_(0.3)化合物。将γ-Fe_(2)O_(3) 量子点添加到Bi_(2)Te_(2.7)Se_(0.3)粉料中,通过放电等离子烧结法制备出γ-Fe_(2)O_(3) 量子点/Bi_(2)Te_(2.7)Se_(0.3)纳米复合块体材料,研究了γ-Fe_(2)O_(3) 量子点添加对Bi_(2)Te_(2.7)Se_(0.3)物相、微观结构及热电性能的影响。结果表明:添加质量分数为5%以内γ-Fe_(2)O_(3) 量子点未对Bi_(2)Te_(2.7)Se_(0.3)的物相产生明显影响,γ-Fe_(2)O_(3) 量子点分散在Bi_(2)Te_(2.7)Se_(0.3)层状晶粒间,且降低了Bi_(2)Te_(2.7)Se_(0.3)的晶粒尺寸。随着γ-Fe_(2)O_(3) 添加量的增加,材料的载流子浓度和迁移率均下降,使得电导率和塞贝克(Seebeck)系数同时降低,导致功率因子下降,而热导率也获得了显著降低,使得ZT值略有增加,纯样和添加质量分数为5%γ-Fe_(2)O_(3) 量子点样品的最大ZT值分别为0.407和0.418。

V、Nb和Mn掺杂α-Bi_(2)O_(3)的光电性质研究

氧化铋(Bi_(2)O_(3))作为光催化剂,在废水处理方面拥有良好的发展前景。基于密度泛函理论的第一性原理计算,分析了钒(V)、铌(Nb)以及锰(Mn)掺杂Bi_(2)O_(3)的电子结构和光学性质。根据计算结果,半导体在离子掺杂后其禁带宽度明显缩小,此外在费米能级附近产生新的杂质能级,电子跃迁所需能量减少,导电性增加;光学性质表明掺杂体系吸收边发生红移,增强了可见光的吸收范围,为Bi_(2)O_(3)在光催化领域的应用提供了理论基础。

TiO_(2)/Bi_(4)Ti_(3)O_(12)复合光阳极的制备及光电化学性能研究

合成了钛酸铋/二氧化钛(TiO_(2)/BTO)复合纳米棒阵列,并研究了其光电催化性能。通过水热法制备了TiO_(2)纳米棒阵列,采用凝胶-溶胶法在TiO_(2)纳米棒阵列表面复合Bi_(4)Ti_(3)O_(12)(BTO)薄膜获得TiO_(2)/BTO复合纳米棒阵列。结果表明,TiO_(2)/BTO复合纳米棒阵列形貌均一、结晶良好。光电催化测试表明,由于BTO对可见光吸收的增加以及与TiO_(2)间形成的半导体异质结,TiO_(2)/BTO复合纳米棒阵列的光电化学性能均高于纯的TiO_(2)纳米棒阵列,最优TiO_(2)/BTO复合光阳极的光电流密度达0.6 mA·cm^(-2)。

CuO掺量对ZnO-B_(2)O_(3)-Bi_(2)O_(3)玻璃结构与热性能的影响

为了降低硼酸盐无铅封接玻璃的软化温度,研究了CuO掺量(0~15%,质量分数,下同)对40ZnO-30B_(2)O_(3)-30Bi_(2)O_(3)玻璃结构及热性能的影响。结果表明,在950℃保温2 h的熔制工艺条件下,试验组成范围内均能形成均质玻璃。随着CuO掺量增加,ZnO-B_(2)O_(3)-Bi_(2)O_(3)玻璃中的[BO_(3)]/[BO_(4)]结构单元比例先增大后减小,在CuO掺量为8%时达到最大值,此时[BO_(3)]结构单元含量相对较多。当CuO掺量进一步增加,部分[BO_(3)]逐渐向[BO_(4)]转变。此外,随CuO掺量增加,玻璃化转变温度及析晶温度逐渐降低,在400~850℃范围质量损失速率逐渐减小,但15%高掺量时呈现质量增加的趋势。玻璃的平均线热膨胀系数(25~450℃)随CuO增多无明显变化,保持在7.10×10^(-6)℃^(-1)左右。玻璃的软化温度和半球温度呈先降低后升高的趋势,当CuO掺量为8%时,软化温度和半球温度最低。

Bi_(2)O_(2)(OH)Cl/Bi/Bi_(2)O_(3)异质结的构筑及其光催化合成H_(2)O_(2)性能研究

通过燃烧法和水热法制备了一种新型的S型异质结催化剂Bi_(2)O_(2)(OH)Cl/Bi/Bi_(2)O_(3)。采用X射线粉末衍射仪、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱和紫外可见漫反射光谱对所得样品进行了表征和测试。通过光催化实验和光电化学测试,表征了样品的光催化合成H_(2)O_(2)性能,提出了光催化反应机理。结果表明随着水热温度的升高,样品中Bi_(2)O_(2)(OH)Cl的含量越高,当水热温度为120℃时,复合材料表现出最佳的光催化活性。在模拟太阳光照射下,H_(2)O_(2)的生成效率达到571.43μmol·h^(-1)·g^(-1),分别是Bi/Bi_(2)O_(3)和Bi_(2)O_(2)(OH)Cl的47.8倍和3.6倍。其高效的光催化性能归因于复合材料中异质结界面电场的形成,提高了光生电子-空穴的分离效率。自由基淬灭实验表明Bi_(2)O_(2)(OH)Cl/Bi/Bi_(2)O_(3)光催化生成H_(2)O_(2)反应的主要活性物种为超氧自由基和单线态氧。