Bi 2WO6 制備條件的優(yōu)化分析

辛丙靖 李 鵬*

（1、吉林化工學院 資源與環(huán)境工程學院，吉林 吉林132000 2、北華大學 理學院，吉林 吉林132013）

鎢酸鉍(Bi2WO6)是最簡單的奧氏體相氧化物之一，有著優(yōu)異的鐵電壓電、熱電、催化性能氧化陰離子導電性能、非線性介電敏感性和發(fā)光性能等物理化學性能[1]。Bi2WO6晶體是由Bi2O2分子層與WO6八面體層交替排列組成，其晶體結構由WO6八面體通過共頂點的方式相互連接而成的正交晶相[2]。

隨著研究人員的研究發(fā)現(xiàn)，Bi2WO6是Aurivillius（奧里維里斯）化合物中一種簡單的n 型寬帶隙新型半導體光催化材料，同時Bi2WO6也是一種非金屬含氧酸鹽結構的新型光催化劑。由于鎢酸根離子結構穩(wěn)定不易發(fā)生光腐蝕等優(yōu)點成為了近年以來半導體光催化材料領域里的一個研究重點，但是因Bi2WO6的禁帶寬度比較大，所以只能在紫外光或部分可見光的條件下才能夠激發(fā)其催化性能[3]，通過尋找合適的配體負載在Bi2WO6上，以此來減少Bi2WO6的禁帶寬度是現(xiàn)在研究人員的研究重點。

1 合成方法

Bi2WO6的制備：次硝酸鉍與鎢酸鈉完全反應的摩爾比為2：1，稱取7.31g 次硝酸鉍固體（5mmol）與0.2g 檸檬酸溶于30ml 的蒸餾水中，并用磁力攪拌器攪拌10min，其中檸檬酸的作用是加速水熱結晶的速度，生成具有特殊晶相的納米粒子。在攪拌溶解完畢后，向其中加入0.82g 的鎢酸鈉固體（2.5mmol）繼續(xù)攪拌60min 后倒入聚四氟乙烯反應罐于不銹鋼反應釜中放入烘箱中進行水熱結晶過程，隨后用無水乙醇和蒸餾水進行反復的清洗，最后進行干燥、研磨得到白色固體粉末，即純相Bi2WO6。

2 樣品清洗方式的探究

在初步的前驅液和水熱結晶的環(huán)境體系中，本試驗采用單一變量控制法進行試驗分析，通過固定初始的次硝酸鉍、檸檬酸以及鎢酸鈉的投料量分別為7.31g（5mmol）、0.2g 以及0.82g（2.5mmol），設置水熱結晶反應的時間為h，水熱結晶反應溫度為180℃，對樣品的清洗方式進行定性分析（表1）。

樣品的清洗方式決定樣品的純度和外觀，清洗的方式包括有醇洗、水洗以及醇水混洗。經過對制備出的Bi2WO6樣品的外觀觀察和表征分析。首先經過外觀的觀察，能夠發(fā)現(xiàn)只用水洗的樣品，該樣品潮濕。用醇洗的方式進行清洗的樣品在同等溫度和烘干時間下，能夠得到干燥松散的樣品。用醇洗混合液進行清洗，樣品的外觀與只用醇洗的樣品一致。

在對三種方式的得到的樣品進行XRD 表征分析，其分析結果如圖1 所示，針對三個樣品用X-ray 進行衍射分析4°～40°的入射角，得到結晶相衍射峰，經查閱文獻得知[4]Bi2WO6的衍射峰在4°～40°之間出現(xiàn)在28.30°和32.79°，從三個XRD 衍射圖譜中均能發(fā)現(xiàn)，證明在這一條件下進行水熱合成法，確實能合成出Bi2WO6，但是從圖譜中發(fā)現(xiàn)在10.76°、25.92°以及31.70°也出現(xiàn)衍射峰，說明對樣品清洗的不是很徹底，存在雜質。

表1 樣品清洗方式外觀分析表

最后通過對三個XRD 衍射圖譜的分析，采用醇洗的方式在同等烘干條件下能夠得到干燥松散的樣品，而用水洗的方式得到的雜質較少，但是選擇醇水混洗的方式既能得到雜質較少的樣品，還能讓該樣品呈現(xiàn)干燥、松散的外觀。

3 水熱結晶反應時間的探究

結晶時間是水熱合成Bi2WO6至關重要的一步，針對這一條件的討論，本試驗通過設置初始次硝酸鉍、檸檬酸以及鎢酸鈉的投料量分別為3.4g（2.5mmol）、0.2g 以及0.4g（1.25mmol），溶于15ml 的蒸餾水，經過磁力攪拌器的攪拌，放入180 攝氏度烘箱中進行水熱結晶，樣品的清洗方式為醇水混洗（無水乙醇與蒸餾水的體積比為1：2），通過改變烘箱反應時間來探究最適合進行水熱結晶反應的時間，并通過以水樣中環(huán)丙沙星（CIP）的去除率為指標，對制備出的樣品進行定性和定量的分析。

如表2 所示，在針對水熱結晶反應時間的討論，可以總結出，在同一時間點取樣取樣，計算該一時間點水體中CIP 的濃度是隨著結晶時間的增長而減少，在反應14 小時后，基本結晶結束，因為其合成含量基本保持在1.1 左右（因存在操作誤差，使產量在14h 后存在些許差異，但可以忽略不計），而同一個結晶時間制備出的Bi2WO6隨著光催化進行的時間的增長，水體中的CIP 也逐漸降低，進一步證明出用水熱合成法制備出的Bi2WO6還是存在一定的催化效果。從水體中CIP 的去除率的角度上看，通過分析計算得到各時間取樣點CIP 的去除率，該組所有樣品均是隨著光催化反應時間的增長，去除率越高，最高可達到58.28%

對進行水熱結晶反應時間為14h 的樣品進行XRD 表征分析，其XRD 衍射圖譜見圖2。將樣品放在X-ray 衍射儀下進行掃描2θ=4°～80°下的強度，發(fā)現(xiàn)該樣品在28.32°、32.28°、47.16°、55.96°以及58.60°分別有Bi2WO6的特征強度峰，符合通過文獻查閱得到的Bi2WO6特征強度峰。

圖1 樣品清洗方式XRD 圖譜

圖2 水熱結晶14h 樣品XRD 圖譜

4 結論

本文我們討論清洗方式和結晶時間兩個因素在鎢酸鉍制備過程中對樣品純度的影響。結果表明，醇水混合洗的方式比較適合樣品的清洗，有利于去除樣品表明的雜質；結晶溫度為14小時，得到的樣品純度最優(yōu)。