專利名稱：：Bi₂Sb_xV_1.6-0.6xO₇或Bi₂Al_xV_1.6-0.6xO₇光催化材料、制備方法及應用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及Bi2SbxVL6.0.6xO7(0.8^^1)或Bi2AlxV16.o.6x07(0.8^^1)粉末光催化材料、N摻雜Bi2SbxV16-,O7(0.8^^1)或Bi2AlxV16.06xO7(0.85xg)薄膜、S摻雜Bi2SbxV16-,O7(0.8^^1)或Bi2AlxVL6.0血O7(0，8^^1)薄膜等光催化材料的制備工藝路線及方法，性能表征及應用。
背景技術(shù)：
：隨著經(jīng)濟近年來由于水環(huán)境污染問題日益嚴重，關(guān)于環(huán)境光催化材料的研究開發(fā)，逐年盛行起來。1997年R.Wang發(fā)現(xiàn)Ti02薄膜有超親水性和自清潔功能，這更掀起了對光催化材料的研究熱潮。眾所周知，太陽光譜中紫外光能不到5%，而波長為400-750nm的可見光則一,到近43%。如果利用光催化材料解決水體污染問題不能有效地利用可見光，則作為解決環(huán)境污染問題的光催化材料存在的意義會大大削弱。而且就環(huán)境凈化而言，對于沒有紫外光的室內(nèi)的應用也將受到限制。基于此，為了有效地利用太陽光，我們希望開發(fā)在可見光下具有光催化活性的光催化材料，從而解決迫在眉睫的水環(huán)境污染問題。對于可見光響應型環(huán)境光催化材料的開發(fā)，其主流之一是在紫外光照射下顯示高活性的Ti02中以摻雜異種金屬而使之具有可見光響應的研究。另一個主流是探索帶隙寬度窄且在可見光區(qū)域具有吸收特性的非氧化物半導體。典型的有硫化鎘、硒化鎘等硫族金屬化合物及有機材料等。但這些材料由于在光照下生成的帶電空穴的作用而被氧化溶解，存在沒有穩(wěn)定的功能等問題。因此，希望研究開發(fā)在光照下其結(jié)構(gòu)和光電化學特性都穩(wěn)定的化合物作為光催化材料來降解水體內(nèi)污染物。利用這些粉末光催化材料和太陽能來降解水體內(nèi)有機污染物或分解有毒污染物的研究引起科學家們濃厚的興趣，就凈化被污染的水體環(huán)境而言，這些半導體氧化物光催化粉末材料在未來將扮演極其重要的角色。新型可見光響應型光催化材料的基本設(shè)計思想是控制晶體結(jié)構(gòu)和電子態(tài)，其著眼點不僅只是減小禁帶寬度的大小，還要把焦點放在光催化反應的"光"上。其光催化原理是當能量大于半導體禁帶寬度的光照射到半導體上時，半導體價帶上的電子吸收光能被激發(fā)到導帶上，因而在導帶上產(chǎn)生帶負電的高活性電子，在價帶上產(chǎn)生帶正電的空穴，形成光生電子和光生空穴對的氧化還原體系。溶解氧、水、電子及空穴發(fā)生作用，最終產(chǎn)生具有高度化學活性的羥基自由基，利用這種高度活性的輕基自由基可以氧化水中多種難降解有機物為C02和水等無機物?；蛘呃脙r帶內(nèi)具有強烈的氧化能力的光生空穴，可以把有機物迅速氧化分解為二氧化碳和水等無機物。從而可用于環(huán)境凈化及降解水體內(nèi)有機污染物。因此，為提高半導體氧化物薄膜材料降解水體有機污染物的效率，半導體氧化物薄膜材料的禁帶應足夠窄，且太陽光照射后形成的光生電子和光生空穴對應該不容易復合。日本從80年代即開始進行Ti02光催化材料應用于水凈化處理的研究，但因為光催化氧化降解水體污染物是在光催化材料表面上進行的三維平面反應，粉末狀的Ti02光催化粉末材料在水處理后很難從水中分離，回收重用困難?；诖?，薄膜狀光催化材料的研究就顯得尤為重要，可避免被污染水體凈化過程中水的二次污染。而利用半導體氧化物薄膜光催化材料來降解水體內(nèi)有機污染物的研究卻鮮見報導。此外，采用新型可見光響應型光催化材料，可以充分利用太陽光譜中43%的可見光，將水分解為氫氣和氧氣，進而獲得潔凈、無二次污染的氫能源，緩解石油和天然氣即將枯竭所帶來的能源危機。利用這些上述氫能源可以制備燃料電池用于電動汽車和電動自行車等交通工具的能源動力。綜上所述，采用新型的光催化材料，在可見光照射下，不但可以降解水體中的有機污染物，還能制備潔凈的氫能源，在一定程度上既解決了環(huán)境污染問題，也解決了能源危機。因此，制備新型可見光響應型光催化材料，不但可以產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益，還可以產(chǎn)生巨大的社會效益。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是提出一種Bi2SbxV,.6-,O7(0.8^^1)或Bi2AlxV,.6.。.6xO7(0.8^^1)粉末光催化材料或薄膜、N或S摻雜Bi'2SbxV,6.0.6xO7(0.85x51)或8;2八^|6-06)!07(0.85乂51)薄膜，以半導體氧化物為基嵌入金屬納米團簇(如In、Cu或Au)的Bi2SbxVL6-0,6xO7(0.8^^1)或Bi2AlxVr6-06xO7(0.8^^1)薄膜等光催化材料的制備工藝路線及方法，性能表征及應用。本發(fā)明的技術(shù)方案是Bi2SbxV".o.6x07(0.8^^1)或Bi2AlxV,.6-0血O7(0.8^^1)的含V光催化劑粉末或薄膜材料；以及N或S摻雜Bi2SbxV!.6-06xO7(0.8^^1)或Bi2AlxV!6—。.6;(07(0.8^^1)薄膜。對具有不同帶隙結(jié)構(gòu)且能在可見光下降解水體有機污染物或分解水制氫氣的Bi2SbxV,.6-0血O7(0.8^^1)或Bi2AlxVL6-06xO7(0.8^^1)所構(gòu)成的薄膜材料及N或S摻雜薄膜的實驗，在Bi2SbxV16.。.6xO7(0.8^x5i;^Bi2AlxV,.6-。.6xO7(0.8^^1)的禁帶內(nèi)摻入N或S雜質(zhì)能級進行雜化，在寬帶隙內(nèi)形成一系列窄帶隙，能同時吸收不同波長可見光，實現(xiàn)電子從價帶向?qū)У姆旨壾S遷，使電子可以吸收較長波長的入射光從而被激發(fā)至較高能量的能級，進而在價帶產(chǎn)生大量的光生空穴，在導帶產(chǎn)生大量的光生電子。利用這些光生空穴來高效地降解水體內(nèi)有機污染物，利用這些光生電子來高效地分解水制氫氣。此外，通過在半導體氧化物薄膜內(nèi)嵌入金屬納米團簇，實現(xiàn)在薄膜晶格中引入缺陷位置，這些缺陷位置最終會成為光生電子或光生空穴的陷阱，從而抑制光生電子或光生空穴的復合，最終提高薄膜光催化材料降解水體內(nèi)有機污染物的效率及提高粉末或薄膜光催化材料分解水制氫氣的效率。Bi2SbxV".o.fa07(0.8^x^l)或Bi2AlxVL6.o血07(0.8^^1)光催化粉末材料的制備，采用高溫固相燒結(jié)的方法。以純度為99.99。/。的Bi203、V205、Sb203或八1203為原材料，并將Bi、V、Sb或Al以分子式的原子比的Bi203、V205和Sb203或Al203充分混合，然后在球磨機中研磨，粉末的粒徑達到l-2微米，在200士2(TC烘干4士1小時，壓制成片，放入高溫燒結(jié)爐中燒制。將爐溫升至750i20'C，保溫6士2小時后隨爐冷卻，將粉末壓片取出粉碎至粒徑為0.8-1.6微米，再將這些粉末壓制成片，放入高溫燒結(jié)爐中燒結(jié)，最高爐溫為750i20'C，保溫4士1小時后隨爐冷卻，將粉末壓片取出粉碎至粒徑為0.6-1.4微米，再將這些粉末壓制成片，放入高溫燒結(jié)爐中燒結(jié)，升溫條件如下a.由20'C升溫至400。C，升溫時間為40土10min;b.400°C,保溫20±10min;c.由400'C升溫至750°C，升溫時間為40士10min;d.750。C保溫800土100min;e.由75(TC升溫至920士2(TC，升溫時間為30士10min;f.920士20。C保溫1800士200min，爐冷。粉末壓片經(jīng)最高溫度920土2(TC保溫30小時后隨爐冷卻，取出粉末壓片粉碎至粒徑為0.5-1.2微米。最終制備成功純凈的單相Bi2SbxV,.6.,O7(0.8^^1)或Bi2AlxV,.6-0.6xO7(0.8^^1)光催化粉末材料。Bi2SbxV,.6-0血O7(0.8^C51)或Bi2AlxV,.6-0血O7(0.85x51)光催化薄膜材料的制備工藝a.靶材制備準備純金屬Bi、V、Sb和Al金屬靶材，以及上述制得的兩種粉末Bi2SbxV16.06xO7(0.8^^i;^Bi2AlxV1.6.0.6xO7(0.8Sx51)靶材；b.選取襯底選用YSZ單晶基片、Si基襯底、石英或ITO玻璃作為襯底或在其上生長ITO生長外延薄膜；c.N或S摻雜Bi2SbxV16.。6xO7(0.8^^i;^8^八1〃16.().6;(07(0.8^^1)薄膜層制備采用高真空離子濺射系統(tǒng)或多靶磁控濺射儀，在氧氣、氨氣和氬氣的混合氣體中濺射Bi2SbxV"-o血07(0.8Sx^)或Bi2AlxVL6.^O7(0.8^^1)靶，在在S02氣、氧氣和氬氣的混合氣體中共濺射純金屬Bi、V、Sb或Al耙，在襯底上沉積厚度不同的膜，將此膜于氮氣或在S02氣中在75(TC至92(TC溫度下處理30±10min;使之晶化而得到所需N或S摻雜Bi2SbxV16.().6x07膜層，或得到所需N或S摻雜Bi2AlxV16.o.6x07膜層。Bi2SbxVL6-。.6xO7(0.8S^1)或Bi2AlxV".。血07(0.8^^1)光催化材料粉末或薄膜的應用采用Bi2Sb;V".D^O7(0.8^^1)或812人1;^1.6.()血07(0.82^1)粉末在水溶液中形成懸浮體系或有薄膜板在溶液中，在光照射條件下降解廢水或分解純水制氫氣。本發(fā)明選取300W的氙燈或400W高壓汞燈照射水溶液，用充氧曝氣的方式維持溶液的氧氣呈飽和狀態(tài)。整個光照反應在密閉不透光的環(huán)境下進行。本發(fā)明的有益效果是通過物理方法成功制備了Bi2SbxV16-Q.6xO7(0.85x^)或Bi2AlxV".。血O7(0.8^x51)兩種含V新型光催化劑粉末，并對其進行了一系列表征，在此基礎(chǔ)上確定N摻雜Bi2SbxV16.06xO7(0.8^^i;^8;2八1^16-06](07(0.8^^1)薄膜、S摻雜Bi2SbxV16.06xO7(0.85x5)或Bi2AlxVL6.o血07(0.85xSl)薄膜，以半導體氧化物為基嵌入金屬納米團簇(如In、Cu或Au)的Bi2SbxV,.6-06xO7(0.8^c5l)薄膜或Bi2AlxV,6.。血07(0.8^^1)薄膜，還可以制備B^SbxV,6-o.6x07(0.8^x5l)單晶薄膜或Bi2AlxV,.6-o.6x07(0.8^^1)單晶薄膜、Bi2SbxV,.6.o.6x07(0.8S^l)和Bi2AlxVI6.06xO7(0.8^c5l)超晶格薄膜，并進行了性能表征，并研究上述薄膜在可見光照射下降解被污染水體中有機污染物的效率及降解機理，研究在可見光照射下分解水制氫氣的效率和光學活性，通過對具有不同帶隙結(jié)構(gòu)且能在可見光下降解水體有機污染物或分解水制氫氣的Bi2SbxV16.a6xO7(0.8^^1)或Bi2AlxVL6.0.feO7(0.8^^1)所構(gòu)成的薄膜材料及薄膜超晶格材料的研究，分析半導體氧化物之間帶隙交疊和雜化規(guī)律，在Bi2SbxV！6-06)(07(0.8^^1)或Bi2AlxV,.6-o.6x07(0.8S^l)的禁帶內(nèi)摻入N(S)雜質(zhì)能級進行雜化，在寬帶隙內(nèi)形成一系列窄帶隙，能同時吸收不同波長可見光，實現(xiàn)電子從價帶向?qū)У姆旨壾S遷，使電子可以吸收較長波長的入射光從而被激發(fā)至較高能量的能級，進而在價帶產(chǎn)生大量的光生空穴。利用這些光生空穴來高效地降解水體內(nèi)有機污染物，同時利用導帶的光生電子分解水制氫氣。此外，通過在半導體氧化物薄膜內(nèi)嵌入金屬納米團簇，實現(xiàn)在薄膜晶格中引入缺陷位置，這些缺陷位置最終會成為光生電子或光生空穴的陷阱，從而抑制光生電子或光生空穴的復合，最終提高薄膜光催化材料降解水體內(nèi)有機污染物的效率和分解水制氫氣的效率。圖1是Bi2SbxV,6—o血CK0.8S^l)的XRD圖譜圖2是Bi2SbxV16-。.6xO7(0.8Sx5l)WSEM圖譜圖3是Bi2SbxV16.o.6x07(0.8S^i:^EDX圖譜圖4是Bi2SbxVL6-Q.6xO7(0.8S^l)的紫外-可見漫反射吸收譜圖5是Bi2SbxV,6-o血CM0.8SxSl)中(ahv)"n與hv的關(guān)系曲線圖6是Bi2SbxV,.6.o.6x07(0.8S^l)的能帶結(jié)構(gòu)示意圖圖7是Bi2AlxVi力.,O7(0.8S^l)的XRD圖譜圖8是Bi2AlxVl6.06xO7(0.8ScSi;^SEM圖譜圖9是Bi2AlxV,w)6xO7(0.8^^1)的EDX圖譜圖10是Bi2AlxVL6.。.6xO7(0.8^51)的Rietveld軟件結(jié)構(gòu)精修圖譜圖11是Bi2AlxV,6-o.fcA(0."x5)的紫夕卜-可見漫反射吸收譜圖12是Bi2AlxV,6-。紐O7(0.85x51)中(ahv"與hv的關(guān)系曲線圖13是Bi2Al,Vi6-輸O7(0.8^^)的能帶結(jié)構(gòu)示意圖圖14是以BhSbxVL6.。.6xCM0.8S^)粉末為催化劑，苯酚濃度隨時間變化曲線圖15是以Bi2SbxVL6.o.fa07(0.8SxSl)粉末為催化劑，苯酚總有機碳含量(TOC)隨時間變化曲線圖16是以Bi2SbxV,.6—o.6x07(0.8S^l)或Bi2AlxVi6.。血O7(0.8^5l)粉末為催化劑,苯酚的可能降解途徑示意圖圖17是以Bi2AlxVL6.o血CM0.8^^1)粉末為催化劑，苯酚濃度隨時間變化曲線圖18是以Bi2AV^.6.。.6xO7(0.8Sx^)粉末為催化劑，苯酚的總有機碳含量(TOC)隨時間變化曲線圖19是以Bi2SbxV,.(H^O7(0.85xSl)或Bi2AlxVL6.06xO7(0.8S^l)為催化劑，MB濃度隨時間變化曲線圖20是以Bi2SbxV,.6.Q加O7(0,8S^l)或Bi2AlxVL6-。.6xCK0.8SxSl)為催化劑，MB中間產(chǎn)物隨時間變化曲線圖21是以Bi2SbxV,.6-,O7(0.85x^l)或Bi2AlxVL6掘xO7(0.8Sx^)為催化劑，MB的總有機碳含量隨時間變化曲線圖22以Bi2SbxVL6.曉07(0.85x51)粉末為催化劑分解純水制氫氣和氧氣(入射光波長人=3卯nm,催化劑1g,純水300mL,光源為400W高壓汞燈)圖23是以Bi2Sb、V,.6.(^07(0.85x51)粉末為催化劑分解純水制氫氣和氧氣(入射光波長、=420nm，催化劑1g,純水300mL,光源為300W的氙燈)圖24以Bi2AlxV,.6.fl.6x07(0.8^^1)粉末為催化劑分解純水制氫氣和氧氣(入射光波長1=390nm，催化劑1g,純水300mL，光源為400W高壓汞燈)圖25以Bi2AlxV16-a6x07或Bi2SbxV16_o.6)i07(0.8Sx5l)粉末為催化劑，分別負載Pt催化劑分解水制氫氣(入射光波長？^420nm，催化劑1g,純水300niL,光源為300W的氙燈)圖26以Bi2AlxV16.06xO7(0.85x5l)粉末為催化劑分解純水制氫氣和氧氣(入射光波長X=420nm，催化劑1g，純水300niL，光源為300W的氙燈)具體實施例方式1.兩種新型Bi2SbxV,.6.,O7(0.8^^1)和Bi2AlxV,力掘xO7(0.8^^1)光催化粉末材料的制備工藝路線如下.用高溫固相燒結(jié)的方法制備Bi2AlxVL6-(^O7(0.8^^1)光催化粉末材料。WBi203、V2C^nAl203為原材料，將純度為99.99。/o的，按分子式的Bi、Al、V的原子比，將81203、￥205和八1203充分混合，然后在球磨機中研磨，粉末的粒徑達到卜2微米，在20(TC烘干4小時，壓制成片，放入高溫燒結(jié)爐中燒制。將爐溫升至75(TC,保溫6小時后隨爐冷卻，將粉末壓片取出粉碎至粒徑為0.8-1.6微米，再將這些粉末壓制成片，放入高溫燒結(jié)爐中燒結(jié)，最高爐溫為75(TC，保溫4小時后隨爐冷卻，將粉末壓片取出粉碎至粒徑為0.6-1.4微米，再將這些粉末壓制成片，放入高溫燒結(jié)爐中燒結(jié)，具體工藝為a.由2(TC升溫至400'C,升溫時間為40min;b.400'C保溫20min;c.由40(TC升溫至750'C，升溫時間為40min;d.750。C保溫800min;e.由750。C升溫至930。C,升溫時間為30min;f.930。C保溫1800min，g.爐冷。粉末壓片經(jīng)最高溫度930'C保溫30小時后隨爐冷卻，取出粉末壓片粉碎至粒徑為0.5-1.2微米。最終制備成功純凈的單相BbAlxV,.6-c^O7(0.8S^l)光催化粉末材料。Sb203代替A1203，以相同工藝得到Bi2SbxVL6-0,6"7光催化粉末材料。2.兩種Bi2SbxV,6-。.6xO7(0.8^^1)和BisAlxV,6_。.6xO7(0.8Sx5l)光催化薄膜材料的制備工藝路線如下a.靶材制備準備純金屬Bi、V、Sb和Al金屬靶材，以及工序l中所制得的兩種粉末Bi2SbxV16.。6xO7(0.8Si5lW。Bi2AlxV16.。.6xO7(0.8S^l)。b.選取襯底選取進行磁控濺射時所用的襯底。襯底晶格常數(shù)必須與膜層相匹配或存在結(jié)晶學關(guān)系。一般選用YSZ單晶基片作為襯底(可考慮在其上生長ITO或其他一些合適的電極材料)來生長外延薄膜。也可研究在Si基襯底或其它如石英，ITO玻璃等襯底制備薄膜。c.N摻雜Bi2SbxV,6-n6x07(0.85x5l)或Bi2AlxV"-o血07(0.8^^1)膜層制備采用高真空離子濺射系統(tǒng)或多靶磁控濺射儀，在氧氣、氨氣和氬氣的混合氣體中濺射Bi2SbxV,.6-。血O7(0"XS)或Bi2AlxV,.6-Q血O7(0.8SxSl)靶，或在氨氣、氧氣和氬氣的混合氣體中共濺射純金屬Bi、V、Sb和Al靶，在襯底上沉積厚度不同的膜，將此膜于氮氣中在較高溫度下熱處理一段時間，使之晶化而得到所需N摻雜BijSbxV,w)6xO7(0.8S^l)或BbAlxV,6.06xO7(0.8^^1)膜層。d.S摻雜Bi2SbxV,6.。.6xO7(0.85xSl)或Bi2AlxV,.6.。.6xO7(0.8^^1)膜層制備采用高真空離子濺射系統(tǒng)或多靶磁控濺射儀，在氧氣、S02氣和氬氣的混合氣體中濺射Bi2SbxV,.6-a6》7(0.85x51)或Bi2AlxV,.6.。.6"7(0.85x5l)耙，或在SCb氣、氧氣和氬氣的混合氣體中共濺射純金屬Bi、V、Sb和Al耙，在襯底上沉積厚度不同的膜，將此膜于氮氣中在較高溫度下熱處理一段時間，使之晶化而得到所需S摻雜Bi2SbxV16_o.6x07(0.8^cSi;^Bi2AlxV,.6-o血07(0.85xSl)膜層。e,半導體氧化物薄膜超晶格(Bi2SbxV16-a6xO7(0,8^^1^flBi2AlxV,.6.Q.6xO7(0.85x51))制備在氬氣和氧氣的混合氣體中，以純金屬Bi、V、Sb和Al靶作為靶材進行磁控共濺射。以晶向YSZ單晶基片為襯底，YSZ為立方結(jié)構(gòu),晶胞參數(shù)a=5.48(2)A。Bi2SbxVL6-QfoO7(0.8ScSl)的空間群為14/mmm，結(jié)構(gòu)為四方晶系，晶胞參數(shù)為a=3.9068(1),b=3.9068(1)，c=15.4385(7)A。Bi2AlxVw-。.6xO7(0.8S^l)的空間群為14/mmtn,結(jié)構(gòu)為四方晶系，晶胞參數(shù)為a=3.9294(1),b=3.9294(1)，c=15.3469(9)A。經(jīng)計算，Bi2SbxVt6.06xO7(0.85x<)和BiaAlxV,6.06)<07(0.8^^1)的晶格常數(shù)失配度小于0.5%,因此Bi2SbxV16-0.6xO7(0.8SxSl)禾UBi2AlxV,.6-o血07(0.8Sx:51)晶格匹配。Bi2SbxV16_。.6xO7(0.85xSl)fllBi2AlxVI6.a6xO7(0.8SxSI)^YSZ單晶基片的晶格常數(shù)失配度都小于7%，因此YSZ單晶基片可以和Bi2SbxVL6.她O7(0.8^^1)及Bi2AlxV,.6.o.6x07(0.85d)形成應變超晶格。首先在襯底上沉積第一層膜，以純金屬Bi、V和Sb靶作為靶材進行磁控共濺射，制備單相Bi2SbxV,.6.o血07(0.85^1)薄膜。當膜層達到預定厚度后，改變靶材，以純金屬Bi、V和AI靶作為靶材進行磁控濺射，沉積第二層膜，制備單相Bi2AlxV,.6.。.6xCM0.8SxSl)薄膜。第二層薄膜厚度與第一層薄膜厚度相同。這二層薄膜的晶格常數(shù)匹配。第三層薄膜仍為Bi2SbxVLM血O7(0.8^^1)薄膜，第四層為Bi2AlxV,.6-a6xO7(0.85x5l)薄膜。以此規(guī)律制備周期性變化的Bi2SbxV6.a6x07/812八1^16.。血07多層薄膜超晶格。Bi2Sb^V6.。血O7/Bi2AlxVL6—0血O7多層薄膜超晶格屬于第一類超晶格，即Bi2AlxV16-0.6xO7(0.8ScSl)的禁帶完全落在8^1^.6-0(07(0.牧51)的禁帶中。晶格匹配的Bi2SbxVL6力血O7(0.8^^1)和Bi2AlxV,6.o.6x07(0.8^X51)交替成層，其帶隙交疊，得到一周期變化的導帶邊和價帶邊。f.單晶薄膜制備通過多靶磁控濺射和掩模技術(shù)，選擇不同的襯底材料，在氬氣和氧氣的混合氣體中，以純金屬Bi、V、Sb和Al靶作為靶材進行磁控濺射，沿不同襯底的特定指數(shù)晶面外延生長一層單晶Bi2SbxV16.。.6xO7(0.8Sx5l)薄膜或Bi2AlxV,風6"7(0.8^5l)薄膜。g.嵌入金屬納米團簇(如In、Cu或Au)的Bi2Sl^VL6.o.fe07(0.8SxSl)薄膜或Bi2AlxVL^.6xO7(0.8S^1)薄膜的制備采用多耙磁控濺射儀，準備純金屬In、Cu或Au等耙材。用固相反應合成的方法制備Bi2SbxV,M6xO7(0.8S^l)或Bi2AlxV！6.。6xO7(0.8^^1)靶材。工作氣氛為氬氣，以準備好的Bi2SbxV16.06xO7(0,8Sx51)(或Bi2AlxVL6.阪O7(0.8S^1))和In(或Cu、Au)分別作為靶材進行共濺射，最終制備成嵌入金屬納米團簇的以半導體氧化物為基的BbS、V,.6.。.6xO7(0.8Sc51)薄膜或BbAlxVL6.。.6xO7(0.8Sc51)薄膜。3.兩種新型Bi2SbxVL6-o血07(0.8Sc51)和Bi2AlxV,6-。.6!107(0.8$^1)光催化材料的表征通過XRD、SEM-EDX結(jié)果得知Bi2SbxV,.6-o血07(0.8SxSl)為單相(見圖l-3)，且實驗原始材料高度純凈，無任何雜質(zhì)相。通過X射線熒光光譜儀測定Bi2SbxV"-o.6x07(0.85x^)的平均原子比例為Bi:Sb:V=2.00:0.99:1.01。用Rietveld軟件對Bi2SbxV、.6.。.6xO7(0.8ScSl)的XRD結(jié)果進行結(jié)構(gòu)精修，結(jié)構(gòu)精修因子Rp值為Rp=13.7%。Bi2SbxVrM加O7(0.8S^l)的空間群為I4/nimm,結(jié)構(gòu)為四方晶系，晶胞參數(shù)為a=3.9068(1)，b=3.9068(1),c=15.4385(7)A。8128^16.().&107(0.8^^1)各衍射峰的晶面指數(shù)(他1)被標定。Bi2SbxVLW).6xO7(0.85x51)催化劑中各個原子的空間原子位置參數(shù)被確定(如表l、表2)。表1Bi2SbxV,6.o似07(0.8SxSl)的原子空間位置<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表2Bi2Sb、V!,6.q.6xO7(0.8^^1)的各原子間距<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>采用紫外可見漫反射光譜儀對Bi2SbxVL6.q血O7(0.8^XS)在光的照射下產(chǎn)生的特征吸收邊進行測定(見圖4)。吸收譜數(shù)據(jù)顯示，Bi2SbxV,.w)6"7(0.85^1)在532nm處電子開始產(chǎn)生本征躍遷。這證明在很長的可見光波段，Bi2SbxV!.6.a6xO7(0.8^^1)能產(chǎn)生光響應。根據(jù)下列公式ahv=A(hv-Eg)n(ot為吸收系數(shù)，w為光的頻率，A為常數(shù)，Eg為帶隙寬度。方程中，n決定了半導體的躍遷特征。若n-0.5為直接躍遷，11=2則為間接躍遷)，首先確定F0.52,進而獲得(ahv)s與hv的關(guān)系圖(見圖5),最終確定了Bi2SbxV,.6-。血O7(0.8^cSl)的帶隙寬度為2,33eV。經(jīng)計算得到Bi2SbxV,.6-o.6x07(0.8SxSl)的能帶結(jié)構(gòu)，導帶由V的3d軌道、Sb的5p軌道構(gòu)成，價帶由B加6s軌道和0的2p軌道構(gòu)成(見圖6)。通過XRD、SEM-EDX結(jié)果得知Bi2AlxVL6-o.6x07(0.8^^1)為單相(見圖7-9)，且實驗原始材料高度純凈，無任何雜質(zhì)相。通過X射線熒光光譜儀測定Bi2AlxV,6.。血O7(0.85xS1)的平均原子比例為Bi:Al:V=2.00:0.98:1.02。用Rietveld軟件對Bi2AlxV,6-06)107(0.8^￡1)的乂110結(jié)果進行結(jié)構(gòu)精修，結(jié)構(gòu)精修因子Rp值為Rp-12.9。/。(見圖10)。Bi2AlxV,6.阪O7(0.8》5l)的空間群為I4/mmm,結(jié)構(gòu)為四方晶系，晶胞參數(shù)為a=3.9294(1)，b=3.9294(1)，c=15.3469(9)A。Bi2AlxV,.M.faO7(0.85x51)各衍射峰的晶面指數(shù)(hkl)被標定。Bi2AlxV,.6—。.faO7(0.8S^l)催化劑中各個原子的空間原子位置參數(shù)被確定(如表3、表4)。表3Bi2AlxV,.6-o血07(0.8Sx5l)的原子空間位置<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>采用紫外可見漫反射光譜儀對Bi2AlxV,.6掘xO7(0.8^^1)在光的照射下產(chǎn)生的特征吸收邊進行測定(見圖ll)。吸收譜數(shù)據(jù)顯示，Bi2AlxVL6.。血O7(0.8S^l)在609nm處電子開始產(chǎn)生本征躍遷。這證明在很長的可見光波段，Bi2AlxV,.6.Q血O7(0.85x5l)能產(chǎn)生光響應。根據(jù)下列公式《/n;=A(/v-五g)"(ct為吸收系數(shù)，t)為光的頻率，J為常數(shù)，^為帶隙寬度。方程中，n決定了半導體的躍遷特征。若"=0.5為直接躍遷，『2則為間接躍迀)，首先確定^0.64，進而獲得0&)2與&的關(guān)系圖(見圖12)，最終確定了Bi2AlxV,6.o血07(0.8S^l)的帶隙寬度為2.03eV。經(jīng)計算得到Bi2AlxV,.6-睦O7(0.85x51)的能帶結(jié)構(gòu)，導帶由V的3d軌道和Al的3s軌道構(gòu)成，價帶由Bi的6s軌道和O的2p軌道構(gòu)成。(見圖13)應用實例1.采用Bi2S、VL6.睡O7(0.8S^l)粉末降解苯酚水溶液將Bi2SbxV,.w).6xO7(0.8S^l)粉末0.3g，放入100ml苯酚水溶液中形成懸浮體系，苯酚水溶液的初始濃度為5xl(^molU1，初始pH值為7。選取300W的箭燈照射苯酚溶液，配上截止濾光片(^420nm)。實驗過程中，用磁力攪拌器和充氧曝氣的方式維持催化劑粉末呈懸浮狀態(tài)。整個光照反應在密閉不透光的環(huán)境下進行。經(jīng)475分鐘，苯酚被完全降解，降解速率達1.754xl(r81！101s"U1，光量子效率為0.39%。降解苯酚過程中中間產(chǎn)物主要有鄰苯二酚、對苯二酚、間苯二酚、苯醌。從TOC的數(shù)據(jù)可看出475分鐘內(nèi)苯酚TOC去除率(礦化率)達99.8%。2.采用Bi2AlxV,.6-。.6xCM0.8^^1)粉末降解苯酚水溶液將Bi2AlxV,.M).6xO7(0.8^^1)粉末0,3g，放入100ml苯酚水溶液中形成懸浮體系，苯酚水溶液的初始濃度為5xio—4molL—、初始pH值為7。選取300W的氙燈照射苯酚溶液，配上截止濾光片(A〉420nm)。實驗過程中，用磁力攪拌器和充氧曝氣的方式維持催化劑粉末呈懸浮狀態(tài)。整個光照反應在密閉不透光的環(huán)境下進行。經(jīng)400分鐘，苯酚被完全降解，降解速率達2.083xl(^mo1s"I/1,光量子效率為0.46%。降解苯酚過程中中間產(chǎn)物主要有鄰苯二酚、對苯二酚、間苯二酚、苯醌。從TOC的數(shù)據(jù)可看出400分鐘內(nèi)苯酚TOC去除率(礦化率)達98.2%。3.BbSbxV,6.fl6x07(0.8^^1)單晶薄膜降解苯酚水溶液將Bi2SbxVi.6-。血07(0.8SxSl)單晶薄膜放置在反應器中，放入100ml初始濃度為5xlO"molL—3，初始pH值為7的苯酚水溶液。選取300W的嵐燈照射苯酚溶液，配上截止濾光片(A〉420nm)。實驗過程中，用充氧曝氣的方式維持溶液的氧氣飽和狀態(tài)。整個光照反應在密閉不透光的環(huán)境下進行。經(jīng)340分鐘，苯酚被完全降解，降解速率達2.451xi(T8mols"U1,光量子效率為0.54%。降解苯酚過程中中間產(chǎn)物主要存鄰苯二酚、對苯二酚、間苯二酚、苯醌。從TOC的數(shù)據(jù)可看出340分鐘內(nèi)苯酚TOC去除率(礦化率)達98.3%。4.Bi2AlxV,.6-06xO7(0.8S^l)單晶薄膜降解苯酚水溶液將Bi2AlxV,.w).6x07(0.8S《l)單晶薄膜放置在反應器中，放入100ml初始濃度為5x(y4111011/1,初始pH值為7的苯酚水溶液。選取300W的敘燈照射苯酚溶液，配上截止濾光片(A〉420nni)。實驗過程中，用充氧曝氣的方式維持溶液的氧氣飽和狀態(tài)。整個光照反應在密閉不透光的環(huán)境下進行。經(jīng)320分鐘，苯酚被完全降解，降解速率達2.604xl(T8mols"L—1，光量子效率為0.58%。降解苯酚過程中中間產(chǎn)物主要有鄰苯二酚、對苯二酚、間苯二酚、苯醌。從TOC的數(shù)據(jù)可看出320分鐘內(nèi)苯酚TOC去除率(礦化率)達98.7%。5.N摻雜Bi2SbxV,.6.o血07(0.8S^l)薄膜降解苯酚水溶液將N摻雜Bi2SbxV,.6-Q血07(0.8SxSl)薄膜放置在反應器中，放入IOOml初始濃度為5xi(y4molL—1，初始pH值為7的苯酚水溶液。選取300W的氙燈照射苯酚溶液，配上截止濾光片(義〉420nm)。實驗過程中，用充氧曝氣的方式維持溶液的氧氣飽和狀態(tài)。整個光照反應在密閉不透光的環(huán)境下進行。經(jīng)315分鐘，苯酚被完全降解，降解速率達2.646"(TSmo1s—1L—1，光暈子效率為0.59%。降解苯酚過程中中間產(chǎn)物主要有鄰苯二酚、對苯二酚、間苯二酚、苯醌。從TOC的數(shù)據(jù)可看出315分鐘內(nèi)苯酚TOC去除率(礦化率)達99.1%。6.N摻雜Bi2AlxV,.6-o.fa07(0.8^x51)薄膜降解苯酚水溶液將N摻雜Bi2Al,V,.fi.o.fa07(0.85x5l)薄膜放置在反應器中，放入100ml初始濃度為5xlO"molL—1，初始pH值為7的苯酚水溶液。選取300W的氙燈照射苯酚溶液，配上截止濾光片(義〉420nm)。實驗過程中，用充氧曝氣的方式維持溶液的氧氣飽和狀態(tài)。整個光照反應在密閉不透光的環(huán)境下進行。經(jīng)300分鐘，苯酚被完全降解，降解速率達2.778x10—811101s—1L—1，光量子效率為0.62%。降解苯酚過程中中間產(chǎn)物主要有鄰苯二酚、對苯二酚、間苯二酚、苯醌。從TOC的數(shù)據(jù)可看出300分鐘內(nèi)苯酚TOC去除率(礦化率)達99.5%。7.S摻雜Bi2SbxV,6-阪07(0.85x5l)薄膜降解苯酚水溶液將N摻雜B'2SbxV,.6-。.fa07(0.85xSl)薄膜放置在反應器中，放入100ml初始濃度為5xi0—AmolL—1，初始pH值為7的苯酚水溶液。選取300W的氙燈照射苯酚溶液，配上截止濾光片(J,420nm)。實驗過程中，用充氧曝氣的方式維持溶液的氧氣飽和狀態(tài)。整個光照反應在密閉不透光的環(huán)境下進行。經(jīng)325分鐘，苯酚被完全降解，降解速率達2.564xl0-smols"U1，光量子效率為0.57%。降解苯酚過程中中間產(chǎn)物主要有鄰苯二酚、對苯二酚、間苯二酚、苯醌。從TOC的數(shù)據(jù)可看出325分鐘內(nèi)苯酚TOC去除率(礦化率)達99.2%。8.S摻雜Bi2AlxVi.6-0.6xO7(0.8^^1)薄膜降解苯酚水溶液將Bi2AlxVL6-06xO7(0.8^dl)薄膜放置在反應器中，放入IOOml初始濃度為5xi(T4molL'1，初始pH值為7的苯酚水溶液。選取300W的氙燈照射苯酚溶液，配上截止濾光片(;i>420nm)。實驗過程中，用充氧曝氣的方式維持溶液的氧氣飽和狀態(tài)。整個光照反應在密閉不透光的環(huán)境下進行。經(jīng)310分鐘，苯酚被完全降解，降解速率達2.688xl0—8！1101s—1L"，光量子效率為0.60%。降解苯酚過程中中間產(chǎn)物主要有鄰苯二酚、對苯二酚、間苯二酚、苯醌。從TOC的數(shù)據(jù)可看出310分鐘內(nèi)苯酚TOC去除率(礦化率)達98.8%。9.以半導體氧化物為基嵌入金屬納米團簇(如In、Cu或Au)的Bi2SbxV,.6-。血O7(0.8^x5l)薄膜降解苯酚水溶液將以半導體氧化物為基嵌入金屬納米團簇(如In、Cu或Au)的Bi2SbxV,.6.a6xO7(0.8^^1)薄膜放置在反應器中，放入100ml初始濃度為5xl(^molL—1，初始pH值為7的苯酚水溶液。選取300W的氙燈照射苯酚溶液，配上截止濾光片(義〉420nm)。實驗過程中，用充氧曝氣的方式維持溶液的氧氣飽和狀態(tài)。整個光照反應在密閉不透光的環(huán)境下進行。經(jīng)330分鐘，苯酚被完全降解，降解速率達2.525xl(T8mols"L—1,光量子效率為0.56%。降解苯酚過程中中間產(chǎn)物主要有鄰苯二酚、對苯二酚、間苯二酚、苯醌。從TOC的數(shù)據(jù)可看出330分鐘內(nèi)苯酚TOC去除率(礦化率)達98.7%。10.以半導體氧化物為基嵌入金屬納米團簇(如In、Cu或Au)的Bi2AlxV,.6-。血O7(0.8^^1)薄膜降解苯酚水溶液將以半導體氧化物為基嵌入金屬納米團簇(如In、Cu或Au)的Bi2AlxV,.6-o.fa07(0.8^^1)薄膜放置在反應器中，放入100ml初始濃度為5xl0^molL"，初始pH值為7的苯酚水溶液。選取300W的氙燈照射苯酚溶液，配上截止濾光片(義〉420nm)。實驗過程中，用充氧曝氣的方式維持溶液的氧氣飽和狀態(tài)。整個光照反應在密閉不透光的環(huán)境下進行。經(jīng)295分鐘，苯酚被完全降解，降解速率達2.825xl0—8mols—1L—1，光量子效率為0.63%。降解苯酚過程中中間產(chǎn)物主要有鄰苯二酚、對苯二酚、間苯二酚、苯醌。從TOC的數(shù)據(jù)可看出295分鐘內(nèi)苯酚TOC去除率(礦化率)達99.6%。11.Bi2SbxV1.6.o.6x07(0.8^^1^t]Bi2AlxV1.6.().6x07(0.8^^1)超晶格薄膜降解苯酚水溶液Bi2SbxVt.6-,O7(0.8^^1)和Bi2AlxV,.6-。血O7(0.8^^1)超晶格薄膜放置在反應器中，放入IOOml初始濃度為5xlO^molL—1,初始pH值為7的苯酚水溶液。選取300W的氙燈照射苯酚溶液，配上截止濾光片(義〉420nm)。實驗過程中，用充氧曝氣的方式維持溶液的氧氣飽和狀態(tài)。整個光照反應在密閉不透光的環(huán)境下進行。經(jīng)280分鐘，苯酚被完全降解，降解速率達2.976xl0—8mo1s—'L"，光量子效率為0.66%。降解苯酚過程中中間產(chǎn)物主要有鄰苯二酚、對苯二酚、間苯二酚、苯醌。從TOC的數(shù)據(jù)可看出280分鐘內(nèi)苯酚TOC去除率(礦化率)達99.8%。12.采用Bi2SbxV!.6.。血07(0.85xSl)粉末降解亞甲基蘭水溶液將Bi2SbxV,.6.Q.6x07(0.8S^l)粉末0.3g，放入100ml亞甲基蘭水溶液中形成懸浮體系，亞甲基蘭水溶液的初始濃度為0.0506moln^(5.06x10—5molL")，初始pH值為7。選取300W的氙燈照射亞甲基蘭水溶液，配上截止濾光片(A>420nm)。實驗過程中，用磁力攪拌器和充氧曝氣的方式維持催化劑粉末呈懸浮狀態(tài)。整個光照反應在密閉不透光的環(huán)境下進行。用紫外-可見分光光度計，在670nm處測定樣品的亞甲基蘭濃度，經(jīng)160分鐘，TOC去除率為74.4%。經(jīng)200分鐘，亞甲基蘭被完全降解，降解速率達4.22xl0^mols"L人TOC去除率為99.60/0，光量子效率為0.09%。13.采用Bi2AlxV,.6-。.6xO7(0.8Sx^)粉末降解亞甲基蘭水溶液:將Bi2AlxV,.6—0.6)107(0.8^^1)粉末0.3g，放入IOOml亞甲基蘭水溶液中形成懸浮體系，亞甲基蘭水溶液的初始濃度為0.0506molm,5.06xlCT5molL—1),初始pH值為7。選取300W的氙燈照射亞甲基蘭水溶液，配上截止濾光片(義>420nm)。實驗過程中，用磁力攪拌器和充氧曝氣的方式維持催化劑粉末呈懸浮狀態(tài)。整個光照反應在密閉不透光的環(huán)境下進行。用紫外-可見分光光度計，在670nm處測定樣品的亞甲基蘭濃度，經(jīng)160分鐘，亞甲基蘭被完全降解，降解速率達5.27xl0-Smols—11/1，TOC去除率為99.7。/。，光量子效率為0.12。/。。14.Bi2S、VLM紐07(0.8Sx5l)單晶薄膜降解亞甲基蘭水溶液，將Bi2Sb、Vn睦07(0.8SxSl)單晶薄膜放置在反應器中，放入IOOml初始濃度為0.0506molnf3(5.06xl(r5molL/')，初始pH值為7的亞甲基蘭水溶液。選取300W的氙燈照射亞甲基蘭水溶液，配上截止濾光片G〉420nm)。實驗過程中，用充氧曝氣的方式維持溶液的氧氣飽和狀態(tài)。整個光照反應在密閉不透光的環(huán)境下進行。用紫外-可見分光光度計，在670nm處測定樣品的亞甲基蘭濃度，經(jīng)145分鐘，亞甲基蘭被完全降解，降解速率達5.816xl0-9mols—1L'1，光量子效率為0.13%，TOC去除率為97.8y。。15.Bi2AlxV16.Q6x07(0.8^^1)單晶薄膜降解亞甲基蘭水溶液將Bi2AlxV).6.o.6x07(0.85x5l)單晶薄膜放置在反應器中，放入IOOml初始濃度為0.0506mom-3(5.06xl0-5molL")，初始pH值為7的亞甲基蘭水溶液。選取300W的氙燈照射亞甲基蘭水溶液，配上截止濾光片(/l〉420nm)。實驗過程中，用充氧曝氣的方式維持溶液的氧氣飽和狀態(tài)。整個光照反應在密閉不透光的環(huán)境下進行。用紫外-可見分光光度計，在670nm處測定樣品的亞甲基蘭濃度，經(jīng)125分鐘，亞甲基蘭被完全降解，降解速率達6.747xl(T9mols"L'1,光量子效率為0.15%,TOC去除率為98.1。/。。16.N摻雜Bi2SbxV,.6.o.fa07(0.8Stfl)薄膜降解亞甲基蘭水溶液將N摻雜Bi2SbxV,.6.o.6x07(0."x￡l)薄膜放置在反應器中，放入IOOml初始濃度為0.0506molnT3(5.06><l(r5molL")，初始pH值為7的亞甲基蘭水溶液。選取300W的氙燈照射亞甲基蘭水溶液，配上截止濾光片(A〉420mn)。實驗過程中，用充氧曝氣的方式維持溶液的氧氣飽和狀態(tài)。整個光照反應在密閉不透光的環(huán)境下進行。用紫外-可見分光光度計，在670nm處測定樣品的亞甲基蘭濃度，經(jīng)110分鐘，亞甲基蘭被完全降解，降解速率達7.667xl0-9mols"L"，光量子效率為0.17°/。,TOC去除率為98,40/。。17.N摻雜Bi2AlxVL6力.6xO7(0.8^^1)薄膜降解亞甲基蘭水溶液將N摻雜Bi2AlxVL6-0.6xO7(0.85xSl)薄膜放置在反應器中，放入IOOml初始濃度為0.0506molm,5.06xlCT5molL/1)，初始pH值為7的亞甲基蘭7jC溶液。選取300W的氙燈照射亞甲基蘭水溶液，配上截止濾光片(A〉420nm)。實驗過程中，用充氧曝氣的方式維持溶液的氧氣飽和狀態(tài)。整個光照反應在密閉不透光的環(huán)境下進行。用紫外-可見分光光度計，在670nm處測定樣品的亞甲基蘭濃度，經(jīng)105分鐘，亞甲基蘭被完全降解，降解速率達8,032xl0-9mols-1L人光量子效率為0.18%,TOC去除率為99.20/。。18.S摻雜Bi2SbxV,.6.,07(0.85x^)薄膜降解亞甲基蘭水溶液將N摻雜Bi2SbxV,.6.。.fe07(0.8^^1)薄膜放置在反應器中，放入IOOml初始濃度為0.0506molm—3(5.06xl0-5molL"),初始pH值為7的亞甲基蘭水溶液。選取300W的氙燈照射亞甲基蘭水溶液，配上截止濾光片(A〉420nm)。實驗過程中，用充氧曝氣的方式維持溶液的氧氣飽和狀態(tài)。整個光照反應在密閉不透光的環(huán)境下進行。用紫外-可見分光光度計，在670mn處測定樣品的亞甲基蘭濃度，經(jīng)U5分鐘，亞甲基蘭被完全降解，降解速率達7.333xl(T9！7101s—1L人光量子效率為0.16。/。，TOC去除率為98.8%。19.S摻雜Bi2AlxVL6-0.6xO7(0.85x51)薄膜降解亞甲基蘭水溶液將Bi2AlxV.6.0.6xO7(0.8^^1)薄膜放置在反應器中，放入IOOml初始濃度為0.0506molm-3(5.06xl(T5molL—1)，初始pH值為7的亞甲基蘭水溶液。選取300W的氙燈照射亞甲基蘭水溶液，配上截止濾光片(義〉420nm)。實驗過程中，用充氧曝氣的方式維持溶液的氧氣飽和狀態(tài)。整個光照反應在密閉不透光的環(huán)境下進行。用紫外-可見分光光度計，在670nm處測定樣品的亞甲基蘭濃度，經(jīng)110分鐘，亞甲基蘭被完全降解，降解速率達7.667x10—9mols"L"，光量子效率為0.17。/。，TOC去除率為98.5。/。。20.以半導體氧化物為基嵌入金屬納米團簇(如In、Cu或Au)的Bi2SbxV,.6-Q.6x07(0.85x3)薄膜降解亞甲基蘭水溶液將以半導體氧化物為基嵌入金屬納米團簇(如In、CU或AU)的Bi2SbxVL6—0血O7(0.85x5l)薄膜放置在反應器中，放入100ml初始濃度為0.0506molm-3(5.06xl0-5moli;1)，初始pH值為7的亞甲基蘭水溶液。選取300W的氙燈照射亞甲基蘭水溶液，配上截止濾光片(義〉420nm)。實驗過程中，用充氧曝氣的方式維持溶液的氧氣飽和狀態(tài)。整個光照反應在密閉不透光的環(huán)境下進行。用紫外-可見分光光度計，在670nm處測定樣品的亞甲基蘭濃度，經(jīng)100分鐘，亞甲基蘭被完全降解，降解速率達8.433xl0'9mo1s—1L/1，光量子效率為0.19%，丁0(:去除率為98.7%。21.以半導體氧化物為基嵌入金屬納米團簇(如In、Cu或Au)的Bi2AlxV,.6.o血07(0.85x5l)薄膜降解亞甲基蘭水溶液將以半導體氧化物為基嵌入金屬納米團簇(如In、Cu或Au)的Bi2AlxV,.6-o.6x07(0.8Sx5l)薄膜放置在反應器中，放入IOOml初始濃度為0.0506molm—3(5.06x10—5molU1)，初始pH值為7的亞甲基蘭水溶液。選取300W的氙燈照射亞甲基蘭水溶液，配上截止濾光片(義>420nm)。實驗過程中，用充氧曝氣的方式維持溶液的氧氣飽和狀態(tài)。整個光照反應在密閉不透光的環(huán)境下進行。用紫外-可見分光光度計，在670nm處測定樣品的亞甲基蘭濃度，經(jīng)85分鐘，亞甲基蘭被完全降解，降解速率達9.922xlO力mols-'L—1,光量子效率為0.22%。TOC去除率為99.90/。。22.Bi2SbxV16.06xO7(0.8^^1^QBi2AlxV16.06xO7(0.85x^)超晶格薄膜降解亞甲基蘭水溶液Bi2SbxV16.o.6x07(0.85xSi;^Bi2AlxV1.6.。.6x07(0.8Sx51)超晶格薄膜放置在反應器中，放入IOOml初始濃度為0.0506molm、5.06xl0—5molL")，初始pH值為7的亞甲基蘭水溶液。選取300W的氤燈照射亞甲基蘭水溶液，配上截止濾光片(義〉420nm)。實驗過程中，用充氧曝氣的方式維持溶液的氧氣飽和狀態(tài)。整個光照反應在密閉不透光的環(huán)境下進行。用紫外-可見分光光度計，在670nm處測定樣品的亞甲基蘭濃度，經(jīng)95分鐘，亞甲基蘭被完全降解，降解速率達8.877xl0《mo1s"I/1,光量子效率為0.20%，TOC去除率為99.815/。。23.采用Bi2SbxV,.6-o.6x07(0.8^51)粉末分解純水制氫氣在密閉的由多個閥門控制的玻璃管路內(nèi)部照明反應器內(nèi)進行，照射光源采用300W的氙燈(入射光通量為4.5131(T6EinsteinL—1s",420nm截止濾光片)或400W(入射光通量為6.013l(X6EinsteinL"s",3卯nm截止濾光片)的高壓汞燈，放入Bi2SbxV!.6-o.6x07(0.85x51)粉末lg，純水300ml。溢出的氫氣采用帶有TCD的氣相色譜儀，該氣相色譜儀和密閉環(huán)路內(nèi)部照明反應器相連。在反應之前密閉環(huán)路內(nèi)部照明反應器內(nèi)各種氣體被去除，氬氣被充入該反應器，直到反應器內(nèi)的氧氣和氮氣被完全去除。在氙燈照射下24小時后，氫氣的產(chǎn)量為454.26微摩爾，氧氣的產(chǎn)量為227.63微摩爾；在高壓汞燈照射下24小時后，氫氣的產(chǎn)量為1241.52微摩爾，氧氣的產(chǎn)量為621.26微摩爾。24.采用Bi2A1^.6.o血07(0.8^^1)粉末分解純水制氫氣在密閉的由多個閥門控制的玻璃管路內(nèi)部照明反應器內(nèi)進行，照射光源采用300W的流燈(入射光通量為4.51310—6EinsteinL'1s"，420nm截止濾光片)或400W(入射光通量為6.013l(T6EinsteinL"s人390nm截止濾光片)的高壓汞燈，放入Bi2AlxVLW).6xO7(0.8^^1)粉末lg，純水300ml。溢出的氫氣采用帶有TCD的氣相色譜儀，該氣相色譜儀和密閉環(huán)路內(nèi)部照明反應器相連。在反應之前密閉環(huán)路內(nèi)部照明反應器內(nèi)各種氣體被去除，氬氣被充入該反應器，直到反應器內(nèi)的氧氣和氮氣被完全去除。在氙燈照射下24小時后，氫氣的產(chǎn)量為516.26微摩爾，氧氣的產(chǎn)量為259.39微摩爾；在高壓汞燈照射下24小時后，氫氣的產(chǎn)量為1306.53微摩爾，氧氣的產(chǎn)量為654.29微摩爾。以Bi2AlxVu-Q.6x07或Bi2SbxVL^.6xO7(0.8^CSl)粉末為催化劑，分別負載Pt催化劑分解水制氫氣，入射光波長X=420nm,催化劑1g，純水300mL,光源為300W的氙燈,以0.2wt%-Pt/Bi2AlxV,6_,07(0.8Sx^l)為復合催化劑，24小時后氫氣的產(chǎn)量為609.32微摩爾；以0.2wt%-Pt/Bi2SbxV16-Q.6x07(0.8351)為復合催化劑,24小時后氫氣的產(chǎn)量為579.26微摩爾。權(quán)利要求1、Bi2SbxV1.6-0.6xO7(0.8≤x≤1)或Bi2AlxV1.6-0.6xO7(0.8≤x≤1)的光催化劑粉末或薄膜材料。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的Bi2SbxVL6-o.6x07(0.8^^1)或Bi2AlxV,.6.阪O7(0.8Sx51)的光催化劑薄膜材料，其特征是以N或S摻雜Bi2SbxV1.6-0.6xO7(0.8≤x≤1)或Bi2AlxV1.6-0.6xO7(0.8≤x≤1)薄膜。3、Bi2SbxV1.6-0.6xO7(0.8≤x≤1)或Bi2AlxV1.6-0.6xO7(0.8≤x≤1)光催化粉末材料的制備方法，其特征是采用高溫固相燒結(jié)的方法。以純度為99.99%的81203、V2Os、Sb203或八1203為原材料，并將Bi、V、Sb或Al以分子式的原子比的Bi203、V205和Sb203或Ab03充分混合，然后在球磨機中研磨，粉末的粒徑達到l-2微米，在200土2(TC烘干4il小時，壓制成片，放入高溫燒結(jié)爐中燒制；將爐溫升至750士20'C，保溫6土2小時后隨爐冷卻，將粉末壓片取出粉碎至粒徑為0.8-1.6微米，再將這些粉末壓制成片，放入高溫燒結(jié)爐中燒結(jié)，最高爐溫為750士2(TC，保溫4土1小時后隨爐冷卻，將粉末壓片取出粉碎至粒徑為0.6-1.4微米，再將這些粉末壓制成片，放入高溫燒結(jié)爐中燒結(jié)，升溫條件如下a.由20。C升溫至40(TC，升溫時間為40土10min;b.40(TC,保溫20±10min;c.由400。C升溫至750°C，升溫時間為40土10min;d.750。C保溫800土100min;e.由75(TC升溫至920土20。C,升溫時間為30土10min;f.920土20。C保溫1800士200min，爐冷；粉末壓片經(jīng)最高溫度920士20。C保溫30小時后隨爐冷卻，取出粉末壓片粉碎至粒徑為0.5-1.2微米。4、Bi2SbxV1.6-0.6xO7(0.8≤x≤1)或Bi2AlxV1.6-0.6xO7(0.8≤x≤1))光催化薄膜材料的制備方法，其特征是a.靶材制備準備純金屬Bi、V、Sb和Al金屬靶材，以及上述制得的兩種粉末Bi2SbxVL6.。.6xO7(0.8^^1)或Bi2AlxV,.6-。.6xO7(0.85x^1)靶材；b.選取襯底選用YSZ單晶基片、Si基襯底、石英或ITO玻璃作為襯底或在其上生長ITO生長外延薄膜；5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的Bi2SbxV,.6-。.6xO7(0.85xSl)或Bi2AlxV,.6.Q.6xO7(0.8^CSl)光催化薄膜材料的制備方法，其特征是以N或S摻雜Bi2SbxV1.6-0.6xO7(0.8≤x≤1)或Bi2SbxV1.6-0.6xO7(0.8≤x≤1)薄膜采用高真空離子濺射系統(tǒng)或多靶磁控濺射儀，在氧氣、氨氣和氬氣的混合氣體中濺射Bi2SbxV1.6-0.6xO7(0.8≤x≤1)或Bi2AlxV1.6-0.6xO7(0.8≤x≤1)靶，在SO2氣、氧氣和氬氣的混合氣體中共濺射純金屬Bi、V、Sb或Al靶，在襯底上沉積厚度不同的膜，將此膜于氮氣或在S02氣中在75(TC至92(TC溫度下處理30士10min;使之晶化而得到所需N或S摻雜Bi2SbxV1.6-0.6x07膜層，或得到所需N或S摻雜Bi2AlxV1.6-0.6xO7膜層。6、Bi2SbxV1.6-0.6xO7(0.8≤x≤1)或Bi2AlxV1.6-0.6xO7(0.8≤x≤l)光催化材料粉末或薄膜的應用其特征是采用Bi2SbxV1.6-0.6xO7(0.85x5l)或Bi2AlxV1.6-(0.8≤x≤1)粉末在水溶液中形成懸浮體系或有薄膜板在溶液中，在光照射條件下降解廢水或分解純水制氫氣。7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的Bi2SbxV1.6-0.6xO7(0.8≤x≤1)或Bi2AlxV1.6-0.6xO7(0.8≤x≤1)光催化材料粉末或薄膜的應用其特征是用充氧曝氣的方式維持溶液的氧氣飽和狀態(tài)。全文摘要Bi₂Sb_xV_1.6-0.6xO₇(0.8≤x≤1)或Bi₂Al_xV_1.6-0.6xO₇(0.8≤x≤1)光催化材料、制備方法及應用。制備方法是采用高溫固相燒結(jié)的方法，以純度為99.99％的Bi₂O₃、V₂O₅、Sb₂O₃或Al₂O₃為原材料，并將Bi、V、Sb或Al以分子式的原子比的Bi₂O₃、V₂O₅和Sb₂O₃或Al₂O₃充分混合，然后在球磨機中研磨，在200±20℃烘干4±1小時，壓制成片，放入高溫燒結(jié)爐中燒制；將爐溫升至750±20℃再冷卻，將粉末壓片取出粉碎至粒徑為0.8-1.6微米，再將這些粉末壓制成片，放入高溫燒結(jié)爐中燒結(jié)。所述光催化材料的應用是，在光照射條件下降解廢水或及分解純水制氫氣。文檔編號B01J23/22GK101199926SQ20071019161公開日2008年6月18日申請日期2007年12月14日優(yōu)先權(quán)日2007年12月14日發(fā)明者張繼彪,欒景飛,偉趙,正鄭申請人:南京大學