鉬酸鉍薄膜的化學(xué)溶液制備技術(shù)及其性能表征

石文超（江漢大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430000）

鉬酸鉍等Bi2(MoO4)3(稱為α-Bismuth鉬酸),Bi2Mo2O9(稱為鉬酸β-Bismuth)和Bi2MoO6(稱為γ-Bismuth鉬酸)被廣泛用作有效的催化劑在烴類部分氧化,如生產(chǎn)不飽和醛的反應(yīng),不飽和腈、二烯烴、聚合物和纖維。由于其高選擇性氧化的活性較低的碳?xì)浠衔锖透邔?dǎo)電率,尤其是對(duì)大氣中揮發(fā)性有機(jī)化合物的敏感性,所以鉬酸鉍可以作為潛在的氣體傳感器。本文以合成處理單一的Bi2(MoO4)3為例，對(duì)Bi2(MoO4)3的晶體結(jié)構(gòu)和表面形態(tài)分別以XRD和AFM技術(shù)在室溫下進(jìn)行光致發(fā)光性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)。

1 實(shí)驗(yàn)

高純硝酸鉍(Bi(NO3)·5H2O,≥99%)和鉬酸銨(4Mo7o24·6H2O，≥99.9%)被用作原材料。對(duì)溶劑、乙二醇、丙二醇進(jìn)行了研究比較。硝酸鉍、鉬酸銨和Bi/Mo摩爾在相應(yīng)的溶劑中比為2:3，溶解，乙二醇和丙二醇分別獲得和MoO42-和Bi3+兩種解決方案。獲得了鉬酸鉍溶膠混合以上兩種解決方案,添加醋酸，調(diào)整粘度，在室溫下攪拌1小時(shí)。然后鉬酸鉍索爾保持在40℃狀態(tài)下15個(gè)小時(shí)或更多。之后,索爾spin-coated單晶矽基板上以4000轉(zhuǎn)/分鐘的速度,然后在40～50℃晾干。然后在空氣中退火1 h，增加2℃/分鐘的速度，減少開(kāi)裂[1]。

為了確保熱過(guò)程,一些溶膠在60℃10 h遵循最初的粉狀態(tài),這是用來(lái)制造熱重量分析(TG)和差熱分析(DTA)的儀器。圖1說(shuō)明了鉬酸鉍粉干的熱分解行為在100毫升/分鐘的空氣流動(dòng),加熱速率和初始質(zhì)量分別是10℃/分鐘和9.991毫克。隨著溫度增加,明顯觀察到體重低于351℃,這是由于殘留溶劑的蒸發(fā)粉作用.如圖1所示。

圖1

圖1的三個(gè)放熱峰分別在274℃、312℃和348℃時(shí)出現(xiàn)了DTA曲線,分別對(duì)應(yīng)于羧酸鹽-醇鹽分解的前兆。一步是發(fā)現(xiàn)在TGA曲線從406到424℃溫度范圍內(nèi),伴隨著一個(gè)放熱峰在415℃和重疊。另一個(gè)DTA曲線放熱峰在439.8℃[2]。TGA的平坦地區(qū)是在680℃。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以清楚的看到，多晶鉬酸鉍形成溫度在680℃左右.

2.結(jié)果

2.1 結(jié)構(gòu)

圖2顯示了鉬酸鉍薄膜的x射線衍射模式,這是分別沉積在硅(110)和退火在250～550℃1小時(shí)。

圖2

所有的材料都是源自于1，2-propanediol溶劑。從圖2中可以清楚的看到,薄膜在250℃和350℃退火非晶。觀察到的峰值來(lái)自硅(100)襯底。在450℃和550℃退火后,非晶薄膜轉(zhuǎn)換成多晶Bi2(MoO4)3薄膜。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的JCPDS數(shù)據(jù)，觀察所有山峰純粹的多晶Bi2(MoO4)3粉。結(jié)果表明,一個(gè)階段的多晶Bi2Mo3O12薄膜被化學(xué)溶液獲得的過(guò)程，結(jié)果也證實(shí)為熱分解行為，也就是圖1中提到的鉬酸鉍粉干。

2.2.AFM測(cè)量

在顯微圖下AFM鉬酸鉍薄膜的表面形態(tài)，450℃燒結(jié)源自不同的溶劑。看來(lái),溶劑會(huì)影響薄膜的形態(tài)。薄膜來(lái)源于1,2-propanediol解決方案展示一個(gè)統(tǒng)一的和更少的多孔微結(jié)構(gòu)(Fig.4b),然而薄膜由乙二醇溶液展品多孔和粗糙表面(Fig.4a)[3]。薄膜的晶粒尺寸約為200海里。薄膜主要來(lái)自兩種溶劑,得出結(jié)論:1、2-propanediol溶劑可以有助于獲得一個(gè)緊湊和致密的薄膜。

3 結(jié)論

化學(xué)計(jì)量多晶鉬酸鉍(Bi2(MoO4)3)薄膜與爐火一直在準(zhǔn)備階段，Si(100)基板是由化學(xué)解決方案的過(guò)程。對(duì)兩種溶劑進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果證明溶劑會(huì)影響薄膜的形態(tài),和1,2-propanediol溶劑聯(lián)合使用有助于獲得一個(gè)緊湊和致密的薄膜。此外，在室溫下,廣泛的發(fā)光帶峰值約為693納米時(shí)，可以觀察到的紫外線激發(fā)下的狀態(tài)。同時(shí)，化學(xué)溶液處理是一種廉價(jià)和高生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備Bi2(MoO4)3薄膜，值得使用。

[1]李艷紅,成萍,許偉,吳春燕,賴欣,徐成剛,畢劍,高道江.鈦酸鹽薄膜軟化學(xué)制備技術(shù)的研究進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報(bào),2008,S1:45-48.

[2]劉洋,余萍,肖定全,郭吾卿,田云飛,胡國(guó)兵.SrMoO_4 薄膜的化學(xué)溶液制備技術(shù)和發(fā)光性質(zhì)研究(英文)[J].稀有金屬材料與工程,2008,S2:177-180.

[3]郭吾卿,余萍,肖定全,胡國(guó)兵,田云飛,劉洋.鉬酸鉍薄膜的化學(xué)溶液制備技術(shù)及其性能表征(英文)[J].稀有金屬材料與工程,2008,S2:192-195.