钒酸铋纳米材料不同温度下形貌与浓度的关系

摘要：选取水热法制备钒酸铋，以nh4vo3溶液和bi（no3）3?5h2o的硝酸溶液为反应物，分别在80℃、120 ℃、160 ℃、200 ℃的环境下进行反应，每次实验选取不同浓度的反应物，合成多种钒酸铋溶液。利用xrd、sem进行观察，研究不同温度下，浓度的对产物的结构形貌有何影响。

关键词：水热法；钒酸铋；浓度；形貌结构

随着经济的高速发展和人们生活水平的提高，人类面临着严峻的环境污染问题。众多的难降解有机污染物进入到我们生活的环境当中，威胁着人类和整个生物圈的生存。诸如全氟类化学物、药品和个人护理品等新生污染物具有环境激素的内分泌干扰特点，对人类健康的威胁，近来受到特别关注。而bivo4是一种较廉价、稳定和无毒的颜料，因其具有铁电、铁弹性和声旋光性等特殊性能被关注，自从 1998 年，kudo 首次报道了bivo4可见光下具有光解水的性能，从而激起了人们对其在光催化方向的研究兴趣。天然的 bivo4以正交晶系的钒铋酸矿存在，但实验室难制备，目前研究的主要有三种晶型：①单斜白钨矿、②四角锆石矿、③四角白钨矿结构。研究表明单斜白钨矿的结构光催化活性最强，其禁带宽度约为 2.4ev，能响应大部分太阳光中的可见光。近年来，它作为能被可见光响应的光催化剂而得到广泛研究。bivo4 有多种制备方法：固态反应法、共沉淀法、化学浴沉积法、有机金属分解法、水热法等。其中，水热法因其条件温和可控，引起了人们的关注。所谓水热法又称高压溶液法，是利用高温高压的水溶液使那些在大气条件下不溶或难溶于水的物质通过溶解或反应生成该物质的溶解产物，并达到一定的过饱和度而进行结晶和生长的方法。该方法制备的产物有热应力小、宏观缺陷少、均匀性和纯度高等优点，本次试验采用水热法。

1.实验部分

1.1试剂与仪器

试剂：偏钒酸铵[nh4vo3]；硝酸铋[bi（no3）3?5h2o]；无水乙醇；所用试剂均为分析纯，实验用水为二次蒸馏水。

设备：试管、烧杯、量筒等。

另需试剂：偏钒酸铵 nh4vo3、硝酸铋bi（no3）3?5h2o、硝酸等

1.2样品制备

称取1mmol的nh4vo3溶于30ml蒸馏水中，磁力搅拌1h得到溶液a，然后称取1mmol的

bi（no3）3?5h2o加入到上述溶液a中，再用磁力搅拌器进行搅拌，直至其混合均匀，得到较低浓度的试剂，将搅拌后的混合溶液移到微型反应釜中，分别在80℃、120 ℃、160 ℃、200 ℃的温度环境下反应12h，取出微型反应釜，待其自然冷去后，除杂获得沉淀，将收集好的沉淀用无水乙醇和二次蒸馏水反复洗涤，清洗后将其放入电热恒温鼓冈干燥箱中干燥1h，与上述操作相同，分别称取nh4vo3和bi（no3）3?5h2o各2.5mmol，重复以上操作，得到浓度较高的混合溶液样品。

2.样品结果论证

2.1低浓度样品形貌分析

图1为试剂浓度均为1mmol的试剂反应后在不同温度下得到的bivo4样品，80℃时，样品表面呈方块状，在120℃的情况下，样品形状趋近于团状，表面布满不规则的小晶粒，160℃的时，样品形状逐渐不规则，分散性较差，这是温度较高导致的，而后的200℃环境下的样品也印证了这一观点，此时的样品几乎无规则可言，样品聚集为一个整体。

2.2高浓度样品形貌分析

图2为试剂浓度均为2mmol的试剂反应后在不同温度下得到的bivo4样品，最初在80℃时，得到的样品呈球状，温度为120℃时得到的样品表面出现明显小颗粒，整体来看是麻球状，温度升高为160℃时，所得到的样品绝大多数为片晶，其中已经出现了少数的块晶，温

度达到200℃时，所得到的bivo4晶体样品为不规则多面体。

2.3pvp含量的不同对样品形貌的影响

后期，我又尝试研究一下pvp材料对样品形貌的影响，在相同反应物浓度，相同温度的情况下，分别加入0.1mmol和0.2mmol的pvp材料，观察结果为pvp含量为0.2的样品形貌更好。

本次试验采用水热合成法，获得了多份bivo4进行了温度浓度的相关研究，得出以下结论：

实验所得bivo4样品结晶性良好，相同反应物浓度，不同温度的情况下，样品形貌有较大差别，其中浓度低的随着温度升高样品逐渐变为不规则形状，而浓度高的的随着温度升高由球状到片状结构到多面体结构，pvp含量0.2的样品形貌相对较好，更有利于试验观察。