Bi 2WO6 制备条件的优化分析

2020-10-30辛丙靖

科学技术创新 2020年31期

辛丙靖李鹏*

（1、吉林化工学院资源与环境工程学院，吉林吉林132000 2、北华大学理学院，吉林吉林132013）

钨酸铋(Bi2WO6)是最简单的奥氏体相氧化物之一，有着优异的铁电压电、热电、催化性能氧化阴离子导电性能、非线性介电敏感性和发光性能等物理化学性能[1]。Bi2WO6晶体是由Bi2O2分子层与WO6八面体层交替排列组成，其晶体结构由WO6八面体通过共顶点的方式相互连接而成的正交晶相[2]。

随着研究人员的研究发现，Bi2WO6是Aurivillius（奥里维里斯）化合物中一种简单的n 型宽带隙新型半导体光催化材料，同时Bi2WO6也是一种非金属含氧酸盐结构的新型光催化剂。由于钨酸根离子结构稳定不易发生光腐蚀等优点成为了近年以来半导体光催化材料领域里的一个研究重点，但是因Bi2WO6的禁带宽度比较大，所以只能在紫外光或部分可见光的条件下才能够激发其催化性能[3]，通过寻找合适的配体负载在Bi2WO6上，以此来减少Bi2WO6的禁带宽度是现在研究人员的研究重点。

1 合成方法

Bi2WO6的制备：次硝酸铋与钨酸钠完全反应的摩尔比为2：1，称取7.31g 次硝酸铋固体（5mmol）与0.2g 柠檬酸溶于30ml 的蒸馏水中，并用磁力搅拌器搅拌10min，其中柠檬酸的作用是加速水热结晶的速度，生成具有特殊晶相的纳米粒子。在搅拌溶解完毕后，向其中加入0.82g 的钨酸钠固体（2.5mmol）继续搅拌60min 后倒入聚四氟乙烯反应罐于不锈钢反应釜中放入烘箱中进行水热结晶过程，随后用无水乙醇和蒸馏水进行反复的清洗，最后进行干燥、研磨得到白色固体粉末，即纯相Bi2WO6。

2 样品清洗方式的探究

在初步的前驱液和水热结晶的环境体系中，本试验采用单一变量控制法进行试验分析，通过固定初始的次硝酸铋、柠檬酸以及钨酸钠的投料量分别为7.31g（5mmol）、0.2g 以及0.82g（2.5mmol），设置水热结晶反应的时间为h，水热结晶反应温度为180℃，对样品的清洗方式进行定性分析（表1）。

样品的清洗方式决定样品的纯度和外观，清洗的方式包括有醇洗、水洗以及醇水混洗。经过对制备出的Bi2WO6样品的外观观察和表征分析。首先经过外观的观察，能够发现只用水洗的样品，该样品潮湿。用醇洗的方式进行清洗的样品在同等温度和烘干时间下，能够得到干燥松散的样品。用醇洗混合液进行清洗，样品的外观与只用醇洗的样品一致。

在对三种方式的得到的样品进行XRD 表征分析，其分析结果如图1 所示，针对三个样品用X-ray 进行衍射分析4°～40°的入射角，得到结晶相衍射峰，经查阅文献得知[4]Bi2WO6的衍射峰在4°～40°之间出现在28.30°和32.79°，从三个XRD 衍射图谱中均能发现，证明在这一条件下进行水热合成法，确实能合成出Bi2WO6，但是从图谱中发现在10.76°、25.92°以及31.70°也出现衍射峰，说明对样品清洗的不是很彻底，存在杂质。

表1 样品清洗方式外观分析表

最后通过对三个XRD 衍射图谱的分析，采用醇洗的方式在同等烘干条件下能够得到干燥松散的样品，而用水洗的方式得到的杂质较少，但是选择醇水混洗的方式既能得到杂质较少的样品，还能让该样品呈现干燥、松散的外观。

3 水热结晶反应时间的探究

结晶时间是水热合成Bi2WO6至关重要的一步，针对这一条件的讨论，本试验通过设置初始次硝酸铋、柠檬酸以及钨酸钠的投料量分别为3.4g（2.5mmol）、0.2g 以及0.4g（1.25mmol），溶于15ml 的蒸馏水，经过磁力搅拌器的搅拌，放入180 摄氏度烘箱中进行水热结晶，样品的清洗方式为醇水混洗（无水乙醇与蒸馏水的体积比为1：2），通过改变烘箱反应时间来探究最适合进行水热结晶反应的时间，并通过以水样中环丙沙星（CIP）的去除率为指标，对制备出的样品进行定性和定量的分析。

如表2 所示，在针对水热结晶反应时间的讨论，可以总结出，在同一时间点取样取样，计算该一时间点水体中CIP 的浓度是随着结晶时间的增长而减少，在反应14 小时后，基本结晶结束，因为其合成含量基本保持在1.1 左右（因存在操作误差，使产量在14h 后存在些许差异，但可以忽略不计），而同一个结晶时间制备出的Bi2WO6随着光催化进行的时间的增长，水体中的CIP 也逐渐降低，进一步证明出用水热合成法制备出的Bi2WO6还是存在一定的催化效果。从水体中CIP 的去除率的角度上看，通过分析计算得到各时间取样点CIP 的去除率，该组所有样品均是随着光催化反应时间的增长，去除率越高，最高可达到58.28%

对进行水热结晶反应时间为14h 的样品进行XRD 表征分析，其XRD 衍射图谱见图2。将样品放在X-ray 衍射仪下进行扫描2θ=4°～80°下的强度，发现该样品在28.32°、32.28°、47.16°、55.96°以及58.60°分别有Bi2WO6的特征强度峰，符合通过文献查阅得到的Bi2WO6特征强度峰。