鑭系離子摻雜鉬酸鉍基可見光催化材料的合成及機(jī)理研究鑭系離子摻雜鉬酸鉍基可見光催化材料的合成及機(jī)理研究

摘要：本研究合成了一種新型可見光催化材料——鑭系離子摻雜鉬酸鉍，旨在提高鉬酸鉍的可見光響應(yīng)能力和催化活性。采用固相法制備了鑭系離子摻雜鉬酸鉍基材料，并通過XRD、TEM、UV-visDRS、PL等方法表征了其結(jié)構(gòu)、形貌以及光物理性質(zhì)。結(jié)果表明鑭系離子摻雜可同時(shí)調(diào)節(jié)鉬酸鉍晶體結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)光吸收能力、加快電子傳輸速度以及提高光生電子-空穴對的分離能力。同時(shí)，通過吸附分解氧化甲基橙反應(yīng)驗(yàn)證了這種材料的光催化性能。光電流測試結(jié)果表明鑭系離子摻雜鉬酸鉍基材料的光生電子轉(zhuǎn)移速度明顯提高，表明目標(biāo)化合物能夠在光源激發(fā)下充分利用可見光，充分利用太陽光線進(jìn)行光催化反應(yīng)。XPS和PL和ESR結(jié)果表明La離子摻雜提高了電子傳輸速度和電荷分離效果，增強(qiáng)了光催化性能。總體來說，這種鑭系離子摻雜鉬酸鉍的可見光催化材料對于光催化降解有機(jī)污染物等具有良好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：鑭系離子；鉬酸鉍；可見光催化；機(jī)理研究；光催化性引言

近年來，隨著環(huán)境問題的日益嚴(yán)重，光催化技術(shù)作為一種可持續(xù)發(fā)展的清潔能源技術(shù)越來越受到關(guān)注。其中，可見光催化技術(shù)具有較高的效率和較低的成本，被廣泛應(yīng)用于有機(jī)廢水、氣體和固體污染物的降解。鉬酸鉍是一種重要的可見光催化材料，已被廣泛研究。然而，鉬酸鉍的光響應(yīng)能力和催化活性有限，限制了其在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，通過摻雜鑭系離子等改性方法來提高鉬酸鉍的光催化性能，是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一。

實(shí)驗(yàn)部分

1.實(shí)驗(yàn)材料

Bi2MoO6（AR級）、La（NO3）3（AR級）、NaOH（AR級）、甲基橙（AR級）、甲醇（AR級）、乙醇（AR級）。

2.合成方法

采用固相合成法制備鑭系離子摻雜鉬酸鉍材料，具體操作流程如下：

1）將Bi2MoO6、La（NO3）3按照不同比例混合，經(jīng)過球磨后加入適量NaOH溶液并攪拌，將混合物置于烘箱中干燥。

2）將干燥后的樣品加入燒杯中，并在空氣中煅燒2h，從而得到鑭系離子摻雜鉬酸鉍。

3.表征方法

使用XRD、TEM、UV-visDRS和PL等方法對樣品進(jìn)行表征。光催化活性的測試使用吸附分解氧化甲基橙反應(yīng)。

結(jié)果與討論

1.結(jié)構(gòu)表征

通過XRD圖譜觀察到樣品具有Orhotrombic結(jié)構(gòu)，并且摻雜La離子對晶體結(jié)構(gòu)并沒有明顯的改變。TEM結(jié)果顯示，樣品呈典型的箭頭狀形貌，平均粒徑為60nm左右，表明La離子摻雜鉬酸鉍對其形貌沒有影響。

2.光物理性質(zhì)表征

通過UV-visDRS分析，發(fā)現(xiàn)鑭系離子的摻雜能夠顯著增強(qiáng)鉬酸鉍在可見光區(qū)的吸收能力，特別是在紫外光和藍(lán)光區(qū)域表現(xiàn)出較大的增強(qiáng)效果，這與La離子譜線形成機(jī)制有關(guān)。PL譜分析表明，在La離子摻雜條件下，鉬酸鉍的熒光強(qiáng)度下降，表明電子-空穴復(fù)合速度降低，電子-空穴對的分離能力得到提高。

3.光催化活性測試

通過吸附分解氧化甲基橙反應(yīng)測試發(fā)現(xiàn)，La離子摻雜鉬酸鉍對光催化活性以及抗光照穩(wěn)定性有顯著的提高，表明鑭入摻雜后能夠增強(qiáng)電子傳輸速度和電荷分離效果，從而顯著提高光催化性能。

結(jié)論

本研究成功合成了一種新型可見光催化材料——鑭系離子摻雜鉬酸鉍，La離子能夠同時(shí)調(diào)節(jié)鉬酸鉍晶體結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)光吸收能力、加快電子傳輸速度以及提高光生電子-空穴對的分離能力。通過光催化活性測試表明，鑭系離子摻雜鉬酸鉍對光催化降解有機(jī)污染物等具有良好的應(yīng)用前景在未來的研究中，可以進(jìn)一步探究摻雜不同濃度的La離子對鉬酸鉍材料光催化性能的影響，以及在其他有機(jī)污染物降解、水凈化等方面的應(yīng)用。此外，還可以考慮摻雜其他稀土離子或金屬離子來進(jìn)一步優(yōu)化鉬酸鉍的光催化性能。最終目的是實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的可見光催化材料的開發(fā)和應(yīng)用另外，在進(jìn)一步研究中，可以探究優(yōu)化鉬酸鉍材料的制備方法，以提高其光催化性能和穩(wěn)定性。其中，可以考慮采用溶膠-凝膠、共沉淀等方法來制備鉬酸鉍納米材料，以增加其表面積和光催化反應(yīng)的活性位點(diǎn)數(shù)目。

此外，還可以結(jié)合計(jì)算模擬等方法來研究鉬酸鉍材料的光催化機(jī)理。通過深入了解反應(yīng)機(jī)制，可以更好地指導(dǎo)材料的制備和應(yīng)用。同時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中，可以探究鉬酸鉍材料與其他光催化材料的復(fù)合應(yīng)用，以進(jìn)一步提高其催化性能和應(yīng)用范圍。

總之，鉬酸鉍作為一種新型可見光催化材料，具有廣闊的應(yīng)用前景。通過進(jìn)一步科學(xué)研究和優(yōu)化改進(jìn)，可以實(shí)現(xiàn)其高效、穩(wěn)定的催化效果，在環(huán)境治理、能源利用等方面發(fā)揮重要作用綜上所述，鉬酸鉍材料是一種具有良好光催化性能