Bi₂WO₆纳米材料的控制合成

孙华章 李鑫

【摘要】作为一种优良的新型光催化剂，Bi2WO6在太阳能转换及环境污染治理方面都表现出优异的可见光催化活性，近年来引起人们的广泛关注。本文以硝酸铋和钨酸钠为原料，采用水热法，通过添加不同的表面活性剂（CTAB、SDBS、PVP）控制合成了不同形貌和结构的Bi2WO6纳米光催化剂，并研究了其在可见光下对亚甲基蓝的降解行为。

【关键词】水热法   表面活性   Bi2WO6    光催化

【中图分类号】G632.4

【文献标识码】A

【文章编号】1992-7711（2020）20-079-01

Bi2WO6是最简单的Aurivillius型氧化物，含有（Bi2O2）2+层及WO6钙钛矿片层的层状结构，具有介电、发光、离子导体以及催化等性能[4-7]。其禁带宽度为2.69eV，最大吸收峰λmax约在506nm，处于可见光波长范围，能有效的吸收太阳光进行光催化反应。李春梅首次利用熔融盐体系合成具有介孔结构的单晶Bi2WO6，并讨论了这种结构对于其物理性质的影响[3]。刘晓娜合成了 In2O3/Bi2WO6 异质结构微米带，α-Fe2O3/Bi2WO6纳米管CeO2/Bi2WO6纳米纤维发现这种异质结构也具有良好的光催化性能[8-10]。在宋东东的综述中从界面修饰、能级调控、晶格结构的改变与量子尺寸效应四方面，对 Bi2WO6光催化剂的性能调控研究[5]。张宇航利用水热反应合成Bi2WO6纳米花状球，并研究了不同pH对其晶形、形貌、孔径分布光学性质及催化性能的影响[11]。因此，Bi2WO6光催化材料的研究将为光催化去除和降解有机污染物开辟了一条新的途径，在环境净化和新能源开发方面具有非常重要的实用价值[12-15]。

本文通过简单的水热方法，采用不同的表面活性剂来控制合成了不同形貌的Bi2WO6，并对其在可见光下的催化活性进行研究。

1.不同形貌的Bi2WO6纳米材料的制备

將0.001mol Na2WO4·2H2O和0.002 mol Bi（NO3）3·5H2O分别加入到10mL去离子水中，磁力搅拌并超声，将Na2WO4溶液加入到Bi（NO3）3溶液中。将前驱物转移到容量为50mL的聚四氟乙烯反应釜内。将密封好的反应釜置于已预热好的鼓风干燥箱内，保温16h后取出自然冷却到室温。用抽滤的方法将得到的产物收集起来，并用去离子水清洗数次，在80℃烘干。水热温度为160℃，表面活性剂分别为CTAB、SDBS、PVP，样品分别标记为T1，T2和T3。

2.结构与形貌

图2-1为两种表面活性剂制下得样品的XRD图谱，有图可以看出，XRD图谱中位于28.47°，33.09°，47.28°，56.74°，58.74°，76.16°，78.61°处出现衍射峰，所有的衍射峰都可以在正交晶系Bi2WO6的标准谱找到对应的角度。在标准图谱中（020）/（200）衍射峰（33.09°位置）与（113）衍射峰（28.47°位置）强度的比值约为0.185，而我们的样品测试结果高于标准图谱的比值。这表明制备的Bi2WO6沿着（020）/（200）方向的生长明显优于一般块状Bi2WO6粉体。

样品T1-添加CTAB（a-d）表面活性剂制备的Bi2WO6样品SEM照片如图2-2示。通过照片可以样品尺寸、形貌单一，均是球形花状微纳米颗粒，直径大约为3μm（图2-2a），样品不是以单个晶体的形式存在，而是二次结晶的花瓣形聚合体存在;图2-2b为单个球形花状聚集体的SEM照片，可以看出聚集体是由很多二维的片层紧密的排在一起形成的多层结构。这种花状结构的形成与样品的生长过程有关，在后文中将进一步讨论。在图2-2c和d中，我们进一步发现每一层片的边长大约为65nm，厚度非常薄，约为10nm。值得提出的是，这种分级球状结构在溶液中经长时间超声也保持结构的完整性，不会遭到破坏变成分散的纳米片。

3.花状Bi2WO6生长机理探讨

结合晶体结构和化学成分分析，这种复杂的Bi2WO6的形成过程可以由图2-5所示。在花状Bi2WO6生长的最初阶段是形成微小的方形纳米片，然后这些方形纳米片取向排列采用边一边结合的方式形成较大的二维纳米片，在CTAB的作用下，这些二维纳米片按照一定的方式排列形成三维的微米花。初级Bi2WO6方形纳米片的形成是一个典型的奥斯特瓦尔德成熟过程。

4.结论

通过低温水热反应成功合成了不同形貌的Bi2WO6纳米材料。研究发现，通过控制实验条件可以得到不同形貌的Bi2WO6纳米材料，由于表面活性剂在各个晶面的吸附不同，可以得到方形纳米片，花状纳米结构。

【参考文献】

[1]宋东东，高彦华，李文旭，夏明，李强，刘继东; Bi2WO6光催化机理分析与性能优化的研究进展;化工科技，2017.

[2]董武晶，仝攀瑞，高占尧，钨酸铋光催化剂的研究进展，2017，44（17），94-96.

[3]张宇航，邹学军，杨宝灵，董玉瑛，郭宇飞，不同 pH 值条件合成纳米 Bi2WO6及其可见光下活性研究，水资源与水工程学报，2017，28，5.