Bi2Fe4O9的制备及光催化性能研究
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橙 降解效 果较好 。 关键 词 ： Ｂ ｉ ２ Ｆ ｅ ４ Ｏ ９ ； 共 沉淀法 ； Ｕ Ｖ— Ｖ ｉ ｓ 分析 ； 光催 化性能 中图分类号 ： ｏ ４ ６ ９ ． ３ 文献标识码 ： Ａ 文章编 号： １ ０ ０ ９ － ２ ７ １ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ — ０ ０ ０ １ － ０ ４
第３ ３卷 第 ２期
湖北 师范学院学 报 （ 自然科学版 ）
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｈ ｕ ｂ ｅ ｉ Ｎ ｏ ｒ ｍ ａ ｌ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ（ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ）
Ｖ０ １ ． ３ ３ Ｎｏ ． ２， ２ ０１ ３
Ｂ ｉ ２ Ｆ ｅ ４ Ｏ ９的 制 备 及 光 催 化 性 能 研 究
张道 华 ， 梁清华 ， 胡 静
（ 湖 北师 范学 院 物 理 与 电子科 学 学院 ，湖 北 黄 石 ４ ３ ５ ０ ０ ２ ）
摘要 ： 用Ｂ ｉ （ Ｎ Ｏ ３ ） ３・ ５ Ｈ ２ Ｏ和 Ｆ ｅ （ Ｎ Ｏ ３ ） ３・ ９ Ｈ ２ Ｏ为基 本原料 ， 采 用共沉淀 法合 成 了 Ｂ ｉ ２ Ｆ ｅ ４ ０ ９ 粉体， 用Ｘ Ｒ Ｄ
度 和 时间锻 烧 ， 最后 直接 取 出得所 需样 品 。
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ —０ ３ —０ ５
作者简 介 ： 张道华 （ １ ９ ６ ３ 一
） ， 男， 湖北安 陆人 ， 高级 实验师 ， 研究方 向为材料物理与化学 ．
室温下采用德 国布鲁克公司的 Ｄ ８ ｘ射线衍射仪分析 Ｂ ｉ Ｆ ｅ Ｏ 粉体的结晶， 用Ｓ Ｅ Ｎ测试 了不同 制 备条 件下 Ｂ ｉ Ｆ ｅ 。 Ｏ ９ 粉 体 的晶粒形 貌 ； 用Ｕ Ｖ— Ｖ ｉ ｓ 分析 Ｂ ｉ Ｆ ｅ Ｏ 粉 体对 可 见 光 的吸 收情 况 ； 用 光催 化性能测试 Ｂ ｉ ： Ｆ ｅ Ｏ 粉体对 甲基橙的降解情况。
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ９— ２ ７ １ ４ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ２ ． ０ ０ １
０ 引 言
．
Ｂ ｉ Ｆ ｅ Ｏ 。是 除 Ｂ ｉ Ｆ ｅ Ｏ ，之 外 的 又 一 种 重 要 的 多 铁 性 功 能 材 料 ， 近 年 来 有 不 少 的 研 究 人 员 对
２ 实验 结果 与 wk.baidu.com 论
２ ． １ Ｘ 射线衍 射 （ Ｘ Ｒ Ｄ） 分 析
＝
§ ：
一
佳
魈
２ Ｈ （ ｄ ｅｇ ｒ ｅ ｅ ）
图 １ 在不 同烧结温度 下， 烧结 ２ ｈ所得 Ｂ ｉ ： Ｆ ｅ Ｏ 粉体的 Ｘ Ｒ Ｄ图谱
为 了探索不 同的烧结温 度对 Ｂ ｉ ： Ｆ ｅ 。 Ｏ ， 结 晶的影 响 ， 我们 用 相 同的原 料 、 采用 相 同 的工艺 条 件 ， 制 备 了前驱 体 ， 最 后分 别在 ６ ０ ０ ｏ Ｃ、 ６ ５ ０ ℃、 ７ ０ ０ ｃ 【 ＝ 、 ７ ５ ０ ｃ 【 ＝ 、 ８ ０ ０ ｏ Ｃ和 ８ ５ ０ ℃ 的煅 烧 温度 下 煅烧 ２ ｈ ． 图 １为 不 同煅烧 温度下煅 烧 ２ ｈ所得 到 的 Ｂ ｉ ： Ｆ ｅ Ｏ ， 粉体 的 Ｘ Ｒ Ｄ图 。从 图中可 以看 出 ， 在６ ０ ０ ￣ （ ２ 煅烧 ２ ｈ后 出现
（ Ｎ Ｏ ， ） ， ・ ９ Ｈ Ｏ放人烧杯 ， 再将事先配制好的稀硝酸溶液也全部加入烧杯 ， 搅拌约 ３ ０ ａ ｒ ｉ ｎ得到透明溶 液Ｉ ； 然后将配制好的 Ｎ ａ Ｏ Ｈ溶液滴人溶液 Ｉ ， 直到溶液呈强碱性 ， 持续搅拌 ｌ ｈ 使沉淀混合均匀 ； 将溶
液Ｉ 边搅拌边超声振荡 ， 振荡结束后 ， 再用蒸馏水洗涤沉淀 ， 直至上层溶液呈中性 ； 将洗涤后 的沉淀物 放入干燥箱 中干燥 ， 将干燥后的沉淀物放人研钵 中研磨 ， 将沉淀物直接放入退火炉中， 按照不同的温
不同结构形貌 的 Ｂ ｉ ： Ｆ ｅ Ｏ ， 样 品， 研究不同的条件对 Ｂ ｉ ： Ｆ ｅ 。 Ｏ ， 样品的结构形貌的影响 ， 从而达到可控
制备 Ｂ ｉ Ｆ ｅ Ｏ ， 纳米材料。
１ 实验 方 法 与 样 品 制 备
本实验所用试剂均为分析纯级试剂 ， 首先 ， 按摩尔比 １ ： ２称取一 定量 的 Ｂ ｉ （ Ｎ Ｏ 。 ） ３ ・ ５ Ｈ ： Ｏ和 Ｆ ｅ
和Ｓ Ｅ Ｍ测试 了不 同制备条件下得到的 Ｂ ｉ ２ Ｆ ｅ Ｏ ９ 粉体的晶体结构和形貌 ， Ｘ Ｒ Ｄ结果表明在 ６ ５ ０ ＇ ｔ ２￣ ７ ５ ０ ￣ Ｃ直 接煅烧 ２ ｈ可得到 纯相 Ｂ ｉ ２ Ｆ ｅ ４ Ｏ ９ 粉体 ， Ｓ Ｅ Ｍ 结果表明随着 灼烧 温度 的提 高 ， 晶粒的尺 寸增加 ， ７ ５ ０ ￣ Ｃ时 晶粒 呈片状， ｕ Ｖ—Ｖ ｉ ｓ 分析表 明， Ｂ ｉ ２ Ｆ ｅ Ｏ 在 可见光 区域有较 强的吸收 ， 光催化性 能表 明 ， Ｂ ｉ ２ Ｆ ｅ ４ Ｏ ９ 粉 体对 甲基
Ｂ ｉ ： Ｆ ｅ Ｏ 的结构 、 性能以及制备方法进行 了大量研究ｌ １ Ｊ ， 研究表明， Ｂ ｉ ： Ｆ ｅ Ｏ ， 也同时具有结构有序 ， 即铁 电有序（ ＝ ２ ５ ０ Ｋ ） 和反铁磁有序（ ＝ ２ ６ ０ Ｋ ） 。此外 ， Ｂ ｉ ： Ｆ ｅ Ｏ ， 还是一种优 良的气敏材料， 对乙 醇和丙酮蒸汽有很高的灵敏性 ， 可用于制造半导体气敏传感器 。同时 ， Ｂ ｉ ： Ｆ ｅ Ｏ ， 还是一种重要的催 化剂 ， 可 以将氨氧化为 Ｎ Ｏ 】 ， 所 以也很有可能被用来替代 目前大量使用的基 于铂、 铑和钯的合金催 化剂 ， 因为后者价格昂贵且不能 回收再利用。近年来 ， 研究者通过对其光学性能研究发现 ， Ｂ ｉ ： Ｆ ｅ Ｏ ， 是一种窄带隙材料 ， 其带隙约为 ２ ． １ ｅ Ｖ， 在可见光范围内具有 良好 的光响应。于是 ， 研究者对其制备 方法和材料的性能进行 了广泛的研究 嵋 】 。本课题拟采用共沉淀法在各种不同的制备条件下 ， 制备
第３ ３卷 第 ２期
湖北 师范学院学 报 （ 自然科学版 ）
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｈ ｕ ｂ ｅ ｉ Ｎ ｏ ｒ ｍ ａ ｌ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ（ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ）
Ｖ０ １ ． ３ ３ Ｎｏ ． ２， ２ ０１ ３
Ｂ ｉ ２ Ｆ ｅ ４ Ｏ ９的 制 备 及 光 催 化 性 能 研 究
张道 华 ， 梁清华 ， 胡 静
（ 湖 北师 范学 院 物 理 与 电子科 学 学院 ，湖 北 黄 石 ４ ３ ５ ０ ０ ２ ）
摘要 ： 用Ｂ ｉ （ Ｎ Ｏ ３ ） ３・ ５ Ｈ ２ Ｏ和 Ｆ ｅ （ Ｎ Ｏ ３ ） ３・ ９ Ｈ ２ Ｏ为基 本原料 ， 采 用共沉淀 法合 成 了 Ｂ ｉ ２ Ｆ ｅ ４ ０ ９ 粉体， 用Ｘ Ｒ Ｄ
度 和 时间锻 烧 ， 最后 直接 取 出得所 需样 品 。
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ —０ ３ —０ ５
作者简 介 ： 张道华 （ １ ９ ６ ３ 一
） ， 男， 湖北安 陆人 ， 高级 实验师 ， 研究方 向为材料物理与化学 ．
室温下采用德 国布鲁克公司的 Ｄ ８ ｘ射线衍射仪分析 Ｂ ｉ Ｆ ｅ Ｏ 粉体的结晶， 用Ｓ Ｅ Ｎ测试 了不同 制 备条 件下 Ｂ ｉ Ｆ ｅ 。 Ｏ ９ 粉 体 的晶粒形 貌 ； 用Ｕ Ｖ— Ｖ ｉ ｓ 分析 Ｂ ｉ Ｆ ｅ Ｏ 粉 体对 可 见 光 的吸 收情 况 ； 用 光催 化性能测试 Ｂ ｉ ： Ｆ ｅ Ｏ 粉体对 甲基橙的降解情况。
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ９— ２ ７ １ ４ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ２ ． ０ ０ １
０ 引 言
．
Ｂ ｉ Ｆ ｅ Ｏ 。是 除 Ｂ ｉ Ｆ ｅ Ｏ ，之 外 的 又 一 种 重 要 的 多 铁 性 功 能 材 料 ， 近 年 来 有 不 少 的 研 究 人 员 对
２ 实验 结果 与 wk.baidu.com 论
２ ． １ Ｘ 射线衍 射 （ Ｘ Ｒ Ｄ） 分 析
＝
§ ：
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佳
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２ Ｈ （ ｄ ｅｇ ｒ ｅ ｅ ）
图 １ 在不 同烧结温度 下， 烧结 ２ ｈ所得 Ｂ ｉ ： Ｆ ｅ Ｏ 粉体的 Ｘ Ｒ Ｄ图谱
为 了探索不 同的烧结温 度对 Ｂ ｉ ： Ｆ ｅ 。 Ｏ ， 结 晶的影 响 ， 我们 用 相 同的原 料 、 采用 相 同 的工艺 条 件 ， 制 备 了前驱 体 ， 最 后分 别在 ６ ０ ０ ｏ Ｃ、 ６ ５ ０ ℃、 ７ ０ ０ ｃ 【 ＝ 、 ７ ５ ０ ｃ 【 ＝ 、 ８ ０ ０ ｏ Ｃ和 ８ ５ ０ ℃ 的煅 烧 温度 下 煅烧 ２ ｈ ． 图 １为 不 同煅烧 温度下煅 烧 ２ ｈ所得 到 的 Ｂ ｉ ： Ｆ ｅ Ｏ ， 粉体 的 Ｘ Ｒ Ｄ图 。从 图中可 以看 出 ， 在６ ０ ０ ￣ （ ２ 煅烧 ２ ｈ后 出现
（ Ｎ Ｏ ， ） ， ・ ９ Ｈ Ｏ放人烧杯 ， 再将事先配制好的稀硝酸溶液也全部加入烧杯 ， 搅拌约 ３ ０ ａ ｒ ｉ ｎ得到透明溶 液Ｉ ； 然后将配制好的 Ｎ ａ Ｏ Ｈ溶液滴人溶液 Ｉ ， 直到溶液呈强碱性 ， 持续搅拌 ｌ ｈ 使沉淀混合均匀 ； 将溶
液Ｉ 边搅拌边超声振荡 ， 振荡结束后 ， 再用蒸馏水洗涤沉淀 ， 直至上层溶液呈中性 ； 将洗涤后 的沉淀物 放入干燥箱 中干燥 ， 将干燥后的沉淀物放人研钵 中研磨 ， 将沉淀物直接放入退火炉中， 按照不同的温
不同结构形貌 的 Ｂ ｉ ： Ｆ ｅ Ｏ ， 样 品， 研究不同的条件对 Ｂ ｉ ： Ｆ ｅ 。 Ｏ ， 样品的结构形貌的影响 ， 从而达到可控
制备 Ｂ ｉ Ｆ ｅ Ｏ ， 纳米材料。
１ 实验 方 法 与 样 品 制 备
本实验所用试剂均为分析纯级试剂 ， 首先 ， 按摩尔比 １ ： ２称取一 定量 的 Ｂ ｉ （ Ｎ Ｏ 。 ） ３ ・ ５ Ｈ ： Ｏ和 Ｆ ｅ
和Ｓ Ｅ Ｍ测试 了不 同制备条件下得到的 Ｂ ｉ ２ Ｆ ｅ Ｏ ９ 粉体的晶体结构和形貌 ， Ｘ Ｒ Ｄ结果表明在 ６ ５ ０ ＇ ｔ ２￣ ７ ５ ０ ￣ Ｃ直 接煅烧 ２ ｈ可得到 纯相 Ｂ ｉ ２ Ｆ ｅ ４ Ｏ ９ 粉体 ， Ｓ Ｅ Ｍ 结果表明随着 灼烧 温度 的提 高 ， 晶粒的尺 寸增加 ， ７ ５ ０ ￣ Ｃ时 晶粒 呈片状， ｕ Ｖ—Ｖ ｉ ｓ 分析表 明， Ｂ ｉ ２ Ｆ ｅ Ｏ 在 可见光 区域有较 强的吸收 ， 光催化性 能表 明 ， Ｂ ｉ ２ Ｆ ｅ ４ Ｏ ９ 粉 体对 甲基
Ｂ ｉ ： Ｆ ｅ Ｏ 的结构 、 性能以及制备方法进行 了大量研究ｌ １ Ｊ ， 研究表明， Ｂ ｉ ： Ｆ ｅ Ｏ ， 也同时具有结构有序 ， 即铁 电有序（ ＝ ２ ５ ０ Ｋ ） 和反铁磁有序（ ＝ ２ ６ ０ Ｋ ） 。此外 ， Ｂ ｉ ： Ｆ ｅ Ｏ ， 还是一种优 良的气敏材料， 对乙 醇和丙酮蒸汽有很高的灵敏性 ， 可用于制造半导体气敏传感器 。同时 ， Ｂ ｉ ： Ｆ ｅ Ｏ ， 还是一种重要的催 化剂 ， 可 以将氨氧化为 Ｎ Ｏ 】 ， 所 以也很有可能被用来替代 目前大量使用的基 于铂、 铑和钯的合金催 化剂 ， 因为后者价格昂贵且不能 回收再利用。近年来 ， 研究者通过对其光学性能研究发现 ， Ｂ ｉ ： Ｆ ｅ Ｏ ， 是一种窄带隙材料 ， 其带隙约为 ２ ． １ ｅ Ｖ， 在可见光范围内具有 良好 的光响应。于是 ， 研究者对其制备 方法和材料的性能进行 了广泛的研究 嵋 】 。本课题拟采用共沉淀法在各种不同的制备条件下 ， 制备