铋钒酸盐BiZn2VO6的合成及性质测试

2019-09-10 14:25高玲玲
大众科学·中旬 2019年3期

高玲玲

摘 要:无机非中心对称的非金属材料由于其结构的特点而具有压电、热释电、非线性(如倍频)等多种性质,是新型材料发展的重要分支。目前来看,实用的非线性光学材料大部分都是无机物,且非中心对称性结构是二阶非线性光学晶体材料的前提。本文主要介绍了铋矾酸盐BiZn2VO6的合成方法,并进行相关的测试。

关键词:铋矾酸盐;高温固相;性质测试

非线性光学产生于激光出现之后。1961年,人们首次通过红宝石激光器观察到了二次谐波的产生[1],此后非线性光学有了很快的发展,发现了各种非线性光学效应,如激光频率变换、图像处理、光电效应、及信息通信等,利用这些效应制成了许多有用的器件。理论研究表明将具有二阶姜-泰勒效应的离子结合可以更大概率地合成非中心对称结构的化合物。本文主要介绍了铋矾酸盐BiZn2VO6的合成方法,并进行相关的测试。

一、BiZn2VO6的合成方法及其晶体合成的尝试

用高温固相法按ZnO:Bi2O3:NH4VO3=4:1:2和ZnO:Bi2O3:V2O5=4:1:1进行配比,合成流程为:将反应原料按化学计量比用电子天平称量,在玛瑙研钵中加微量酒精后充分研磨,用刚玉坩埚盛放,在井式电阻炉中加热,在600℃进行第一次充分烧结24h,二次研磨后分别在800℃进行烧结48h,再重复研磨后800℃烧结48h,共重复三次,最后得到纯净的粉末样品。XRD表明它是BiZn2VO6,在PDF数据库中BiZn2VO6的PDF编号为00-059-0010,且只有5°-35°范围内有对应的谱线,而没有对应的空间群等详细的结构参数。

为了得到单晶样品,从而通过解析晶体结构得知其具体结构参数,首先对其进行DSC-TG热分析,在809.3℃-836.6℃范围内有个吸热峰,物质在该温度范围内熔化,质量基本不变,紧接着在836.6℃之后又有明显的吸热峰,可能是该物质进行分解。故将样品升温至900℃且在836.6℃-809.3℃之间缓慢降温,对缓冷得到的产物进行XRD分析,发现其分解为Zn2V2O7, Bi2O3, V2O5,由此可知,它是非同成分熔融的,所以缓冷不易得到晶体。

根据ZnO-BiVO4的二元相圖,由二元相图可知,将ZnO和BiVO4药品混合,在BiVO4占55mol﹪-60mol﹪之间配样,1078K-1033K之间缓慢降温可能会得到BiZn2VO6晶体。基于以上理论,分别设置几个配比。在1088K-1022K之间以2℃/d 缓慢降温,且1062K时引入白金作为结晶核,但最终得到的产物均为ZnO和BiVO4的混合物。

由于没有得到晶体,试着对BiZn2VO6的粉末XRD进行精修,试图得出的具体结构,将BiZn2VO6与参考物BiMg2VO6的XRD谱图进行比较,两者相差很大,所以不可以用来精修。

二、性质测试

1.紫外-可见漫反射光谱分析

在200-700nm波长范围内,收集BiZn2VO6粉末样品的漫反射光谱数据,与前面相同,将漫反射数据利用Kubelka-Munk方程式

转化为吸收系数,再利用 ,将波长转化为能量,从而作出 曲线图,进而用两组数据分别计算材料的能带间隙,如图2.1,由此可知BiZn2VO6的能带间隙约为3.12ev。

图2.1 BiZn2VO6样品的反射吸收谱图

对样品BiZn2VO6进行紫外-可见漫反射吸收光谱测试,相应的起峰阈值为397.4nm,对应的禁带宽度为3.12eV。由此可知BiZn2VO6禁带宽度较窄,表明在可见光范围内吸收更多,材料的应用性更强。例如光催化,可见光催化是现在研究的趋势,禁带越小,所需能量越小,能吸收的光多,催化剂的光响应范围更宽,研究价值更高。

2.荧光性能的测试

以下图2.2是BiZn2VO6的激发谱图和发射谱图,以530nm的发射波长监测300-450nm的激发波长,它属于本征激发,激发波长在300nm左右,以320nm的激发波长监测400-610nm的发射波长,发射波长中心约在530.5nm附近,发射绿光。

图2.2 BiZn2VO6的激发谱图和发射谱图

2.3.倍频测试

本实验将样品固定于光学平台上,使用1064nm的脉冲激光器,将光直接打到样品上,观察是否有绿光,从而粗略了解其倍频性质,并将BiZn2VO6的倍频谐波强度和KDP的倍频谐波强度相比较,最后得知其倍频效应比较弱。

三、小结

本文用高温固相法合成了BiZn2VO6粉末,并尝试了一系列该晶体的合成,但没有得到很好的晶体,可做光催化剂。

参考文献

[1] M. Vlasse, R. Salmon, C. Parent. Crystal structure of sodium lanthanum orthovanadate, Na3La(VO4)2[J]. Inorganic Chemistry, 1976, 15(6): 1440-1444.

[2] S. Benmokhtar, A. El Jazouli, J. P. Chaminade, et al. Synthesis, crystal structure and optical properties of BiMgVO5[J]. Journal of Solid State Chemistry, 2004, 177: 4175-4182.

[3] M. Bosacka, M. Kurzawa, I. Rychlowska-Himmel, et al. Phase relations in the system ZnO-BiVO4: the synthesis and properties of BiZn2VO6[J]. Thermochimica Acta, 2005, 428: 51-55.