邢精成等：ＢｉＮｂｏｔ的光催化性能研究
ＢｉＮｂ０４的光催化性能研究。
邢精成１’２，卞建江２，王小军１，黄富强１，赵景泰１（１．中国科学院上海硅酸盐研究所，上海２０００５０；２．上海大学材料科学与工程学院，上海２０００７２）
摘要：光催化剂ＢｉＮｂＯ。采用传统固相反应分别在９００和１３００℃下进行制备。通过ＸＲＤ粉末衍射和ＵＶ—ｖｉｓ吸收光谱分析，表征了样品的物相和光谱吸收特性。通过对样品的测试分析表明，低温样品为正交相，高温样品为三斜相，正交相的禁带宽度（３．４ｅＶ）比三斜相（３．ＯｅＶ）更宽。以降解甲基橙来评价ＢｉＮｂ０４的光催化活性，对比试验表明低温正交相ＢｉＮｂ０４的光催化活性远高于高温三斜相，这是由于它们晶体结构不同造成的。对正交相ＢｉＮｂＯ。的光催化性能进行了深入的研究，实验发现催化剂浓度和溶液ｐＨ值对光催化剂的活性影响很大。通过第一原理的计算，讨论了ＢｉＮｂＯ．的电子结构和光催化反应的关系。
关键词：ＢｉＮｂＯ．；光催化；甲基橙；能带结构
中图分类号：０６４３．３２２文献标识码：Ａ文章编号：１００１—９７３１（２００７）０４一０５６５一０４
１引言
自１９７２年Ｔｉ０２被用于光解水［１］以来，利用半导体材料光催化氧化有机污染物已成为比较热门的研究课题之一［２’３］。这种新型的技术对污染物的处理无选择性，几乎所有的有机污染物都会受到不同程度的降解；能耗低，利用太阳能作为主要光源，大幅降低运转费用；无毒、稳定并且可以重复利用。
光催化反应的机理是催化剂在光的激发下产生电子和空穴，激发态上的电子对染料分子具有强还原性，而空穴对染料分子有强氧化性，空穴和电子传输到催化剂表面和染料分子接触时，就会发生氧化还原反应，将染料分子矿化成小分子，然后进一步分解成ＣＯ。、ＨｚＯ以及一些无机盐。
近年来，新型光催化剂的研发受到重视，其中对于铌酸盐的研究较多，Ｓｒ２Ｎｂ２０７［引、ＫｔＮｂ６０７［５３都是很好的光催化剂。邹［６￣８］的研究表明ＮｉＮｂ２０６、Ｂｉ２ＩｎＮｂＯ，和ＢｉＴａｌ一；Ｎｂ。ｑ可以光解水。Ｂｉ２ＭＮｂＯ，（Ｍ—Ａｌ、Ｆｅ、Ｉｎ、Ｓｍ）［９］在降解亚甲基蓝的实验中也有很好的光催化活性。
然而，ＢｉＮｂＯ。具有正交和单斜晶体结构，其光催化降解有机染料的反应还没有被研究。本文系统地研究了ＢｉＮｂＯｔ光催化降解甲基橙的特性，讨论了晶体结构、催化剂浓度和溶液ｐＨ值对光催化性能的影响，并尝试从理论计算上解释实验结果。
２实验
２．１ＢｉＮｂＯ。的制备及表征
采用传统固相烧结法制备ＢｉＮｂＯ。光催化剂。起始原料Ｂｉ。Ｏ。（分析纯，上海化学试剂公司）和Ｎｂ。Ｏ。（分析纯，上海化学试剂公司）以化学计量比称料混合，以乙醇为介质球磨１２ｈ。烘干后在空气气氛下分别以９００和１３００℃煅烧１２ｈ。样品的Ｘ射线衍射实验是在日本力学公司的ＲＡＸ一１０全自动Ｘ射线衍射仪上进行，衍射源为铜靶（ＣｕＫａ—ｏ．１５４１８ｎｍ），接收狭缝为ｏ．３０ｎｍ，常规扫描速度为４。／ｍｉｎ，慢扫描速度为１０／ｍｉｎ。紫外一可见吸收光谱的测试是在ＨＩＴＡＣＨＩ公司Ｕ３０１０紫外一可见光光度计上进行。第一性原理计算了ＢｉＮｂＯ。的能带结构，计算软件为ＣＡＳＴＥＰ［１０］，波函数基态截断能量为３００ｅＶ，交换关联近似函数给出了Ｐｅｒｄｅｗ—ＢｕｒｋｐＥｒｍｚｅｒｈ梯度修正，自洽收敛限为２．０×１０一。倒空间使用Ｍｏｎｋｈｏｒｓｔ—Ｐａｃｋ（ＭＰ）惫值法Ｌ１１Ｊ，忌值为Ｏ．００５ｎｍ～。
２．２ＢｉＮｂ０４光催化降解实验
用甲基橙作为光催化活性的降解模型。取浓度为１０ｍｇ／Ｌ的甲基橙溶液３００ｍｌ和ｏ．６９催化剂粉体一起加入反应器，光源为３００Ｗ紫外高压汞灯。在每次光照开始前，先用磁力搅拌器搅拌３０ｍｉｎ达到吸附一解吸平衡，然后抽取一个ｏｍｉｎ的样本作为之后数据的参考。打开紫外灯光源开始光照，实验过程中通冷却水，以保持恒温。每隔一定时间取样，所有的样品通过高速离心机分离，取上层清液在紫外一可见光分光光度计上进行分析得其吸收曲线。其特征吸收峰会随着时间的迁移而降低。不同时间取样的吸收峰峰值和ｏｍｉｎ时母液峰值的比值就是降解率。
３结果及讨论
３．１ＢｉＮｂ０４的ＸＲＤ图
图１是样品的ＸＲＤ图谱。如图１（ａ）所示，９００℃下合成样品的ｘＲＤ图谱和ＢｉＮｂＯ．正交相标准卡片（８２一０３４８）上的峰值符合的很好，表明样品为纯相。为了研究材料在光催化实验中的稳定性，测试了光催化反应后ＢｉＮｂ０４的ＸＲＤ图谱（图１（ｂ）），和光催化反应
?基金项目：国家自然科学基金资助项目（２０４７１０６８）＃上海市基础重点资助项目（０５ＪＣｌ４０７９）收到初稿日期：２００６－０９－２６收到修改稿日期：２００６－１ｌ一１６通讯作者：黄富强作者简介：邢精成（１９８２一）。男，江苏南京人，硕士，师从黄富强研究员，从事新型光催化材料研究。
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