光催化材料-納米三氧化二鉍

光催化材料-納米三氧化二鉍

面對環境的日益惡劣，光催化材料以其無毒無害且能高效解決污染問題而受到廣泛關注，與TiO2相比，Bi2O3具有更優異催化性能，采用一種操作簡單、成本低廉、易于工業化生產且粒徑小，分散性好、純度較高的Bi2O3產品，具有重要的理論及實際意義。

氧化鉍（VK-Bi50）作為一種功能性材料已經滲透到人類生活和生產的許多領域，特別是在能源利用與環境保護方面顯示出誘人的前景。因氧化鉍在紫外到500 nm以內的可見光區有較強的吸收，光譜響應范圍寬，可以克服TiO2的上述缺點，不僅具有較高的光催化效率，而且納米氧化鉍（VK-Bi50）材料對太陽光的吸收與利用能力提高，使其在太陽能光催化轉化、太陽能電池等領域均能具有較好的應用前景。為此氧化鉍在光催化領域的應用受到科研工作者的廣泛重視，有關納米氧化鉍的研究如火如荼。

一、氧化鉍簡介

   1.Bi2O3的性質

Bi2O3為淡黃色粉末，加熱時呈橙色，繼續加熱變為紅棕色。其密度隨晶型而改變：立方晶體為8.9 g·cm-3；正方晶體為8.55 g·cm-3；單斜晶體為8.2 g·cm-3，Bi2O3在860 ℃時熔化，沸點為1890 ℃，不溶于堿，但溶于酸形成鉍鹽，易被C和CH4還原。雖然Bi2O3可以從天然的鉍華(一種礦物)取得，但是它主要的來源通常是煉銅或鉛時的副產物。

2.不同晶型Bi2O3的介紹

Bi2O3總共有6種同素異形體，即：α、β、γ、δ、ε和ω共6種晶型。但通常狀況下主要以 α、β、γ、和δ 4種晶型存在。Bi2O3的幾種晶相中，α-Bi2O3是低溫穩定晶相，其能隙為2.85 eV，可以通過低溫直接合成，也可以通過β、γ和δ-Bi2O3降溫得到。α-Bi2O3加熱到724 ℃左右轉化成δ-Bi2O3，該晶型的穩定狀態一直持續到860 ℃，繼續升溫，氧化秘熔融。δ-Bi2O3是高溫穩定相，具有帶缺陷的氟化鈣型結構其中的氧空缺呈不規則分布。由于其中的氧離子有高的流動性，很種相態表現出很高的離子導電性。參入氧離子數相同且具有相同晶相氧化物能使δ-Bi2O3冷卻至室溫仍穩定。熔融的氧化鉍緩慢冷卻得到δ-Bi2O3，繼續冷卻得到四方β-Bi2O3和體心立方的γ-Bi2O3兩種亞穩定相。在鍛燒溫度較低的情況下，β-Bi2O3可先于α-Bi2O3形成，如碳酸型，硝酸型及草酸型前體加熱通常先形成β-Bi2O3，升高溫度后β-Bi2O3可以轉化成α-Bi2O3。γ-Bi2O3除了在冷卻過程中形成，也可以采用電化學直接制備，參雜某些離子能增強補γ-Bi2O3的穩定性。

二、 Bi2O3在催化反應中的應用

Bi2O3用途廣泛，特別是Bi2O3作為一種電子功能材料，除廣泛用于壓敏電阻，氧化鎊避雷針器，彩色顯象管，電容器等電子工業產品的制造；還應用于各種磁性材料，電解質材料，無機顏料，高折光玻璃，核工程用玻璃，防輻射材料等。但Bi2O3更是一種重要的催化材料，在催化反應中的應用有著廣泛的應用潛力。目前，在催化反應中主要以α和β型Bi2O3應用為主。而γ型具備更優異性能，但因其低溫難制備性在催化反應中應用較少。

1、燃速催化劑

氧化鉛是雙基系固體推進劑中重要的燃速催化劑，它能提高推進劑的燃速、降低壓強指數，但是鉛毒性較大，對人或環境有直接或潛在的危害。鉍化物是一種毒性低，煙霧少， 對生態極為安全的燃速催化劑。實驗證明，納米Bi2O3（VK-Bi50） 在低壓段對推進劑燃速的提高要優于納米PbO， 并且具有降低推進劑壓強指數的作用， 因此納米氧化鉍（VK-Bi50）具有取代納米氧化鉛的光明前途。

2、光催化降解材料

近年來，利用半導體光催化降解有害污染物已成為比較熱門的研究課題之一， 因其能有效地利用太陽能并在反應中產生強氧化能力的空穴和q基自由基，因而備受人們的關注。目前使用較多的是光催化活性高、穩定性好的 T iO 2，但由于其帶隙較寬(3. 2eV )，只能吸收波長 Κ≤387 nm 的紫外光。近年來，有報道用Bi2O3 光催化處理含亞xiao酸鹽廢水的實驗研究， 結果表明，Bi2O3具有較好的光催化活性。 納米材料由于比表面積大，表面活性點多，光催化活性高，因而表現出更優異的光催化性質。雖然關于納米Bi2O3光催化活性的研究還沒有見諸報道，但是可以預見，納米Bi2O3 （VK-Bi50）具有優于普通粉體的光催化性能。

3、另外，Bi2O3被認為是一種極具應用潛力的可見光催化劑。研究表明，在α-Bi2O3，存在條件下，可見光照射2小時4-氯苯酚降解率達95%，其催化性能高于同條件下的碳摻雜TiO2。α-Bi2O3，β-Bi2O3，δ-Bi2O3光催化甲基橙及4-氯苯酚降解效率遠高于氮摻雜TiO2。