在过去的几十年中,随着工业和人类社会经济的飞速发展,有机污染已成为最严重的
环境污染之一
[1-3]
。在治理环境污染的许多尝试中,发现使用半导体催化剂可以直接利用太
阳光促进氧化还原反应,以实现环境的净化。在最近几年,含 Bi
3+
的氧化物,例如
Bi
2
O
3
[4]
、Bi
2
WO
6
[5]
、BiVO
4
[6]
、BiOX (X=Cl, Br, I)
[7-8]
,Bi
2
SnO
7
[9]
、Bi
2
O
2
CO
3
[10]
和一些含 Bi
5+
的氧化物(如 NaBiO
3
[11]
和 MgBi
2
O
6
[12]
)由于其独特的电子结构而引起了大家的广泛探究。具
有烧绿石结构类型的(Sr
0.6
Bi
0.305
)
2
Bi
2
O
7
是一种同时含 Bi
3+
和 Bi
5+
混合价态的特殊化合物
[13]
,
禁带宽度(E
g
)较小,大约在 1.20~1.35 eV,虽然有较宽的光响应,但光生电子和空穴极易重
组,导致光催化效率较低。研究表明,另外一种合适的半导体与之复合可以克服光生电子
和空穴重组。ZnO 的带隙为 3.2 eV,具有高光敏性、无毒性和低成本等优点,被誉为符合
实际应用的半导体光催化剂之一
[14]
。因此,应用 ZnO 与较窄带隙的(Sr
0.6
Bi
0.305
)
2
Bi
2
O
7
半导体
进行复合。采用一步水热法成功制备了不同质量比的(Sr
0.6
Bi
0.305
)
2
Bi
2
O
7
/ZnO 复合光催化剂,
并测试了亚甲基蓝的降解性能,为治理环境污染提供了依据。
1. (Sr
0.6
Bi
0.305
)
2
Bi
2
O
7
/ZnO 复合光催化剂的制备
采用水热法合成了(Sr
0.6
Bi
0.305
)
2
Bi
2
O
7
/ZnO 复合光催化剂。将一定量的 NaBiO
3
·2H
2
O 和
Sr(NO
3
)
2
分别溶解在 30 mL 去离子水中,磁力搅拌 30 min,分别形成溶液Ⅰ和溶液Ⅱ。将溶
液Ⅰ缓慢倒入溶液Ⅱ中,搅拌 30 min,形成棕黄色均匀悬浮液Ⅲ。将一定比例的氧化锌添加
到悬浮液Ⅲ中,继续搅拌 30 min,添加 NaOH,调节 pH 值到 10.5。将混合的悬浮液转移
到聚四氟乙烯高压釜中密封,在 160 ℃下加热 6 h,冷却至室温后,将产物用水和乙醇洗涤
过滤。在 60 ℃下干燥 5 h,得到(Sr
0.6
Bi
0.305
)
2
Bi
2
O
7
/ZnO 复合光催化剂。
2. 结果与讨论
2.1 (Sr
0.6
Bi
0.305
)
2
Bi
2
O
7
/ZnO 复合光催化剂的晶体结构和组成
图 1 为纯相(Sr
0.6
Bi
0.305
)
2
Bi
2
O
7
、ZnO 和(Sr
0.6
Bi
0.305
)
2
Bi
2
O
7
/ZnO 复合光催化剂的 XRD
图。所制备的(Sr
0.6
Bi
0.305
)
2
Bi
2
O
7
立方相的衍射峰图谱与标准 PDF 卡(JCPDS No.81-2460)相一
致,ZnO 的特征衍射峰也与标准 PDF 卡(JCPDS No.85-0861)相匹配。在复合样品的 XRD
中,可清楚地看到,不同比例复合样品的衍射峰都尖而强,证实了其具有良好的结晶度,
而且复合样品中只存在 ZnO 和(Sr
0.6
Bi
0.305
)
2
Bi
2
O
7
的衍射峰,无其他峰出现,可以初步证明
(Sr
0.6
Bi
0.305
)
2
Bi
2
O
7
/ZnO 异质结复合成功。另外,随着(Sr
0.6
Bi
0.305
)
2
Bi
2
O
7
含量的增加,ZnO 的
峰强度明显降低,这表明(Sr
0.6
Bi
0.305
)
2
Bi
2
O
7
的存在会抑制 ZnO 的晶体生长。