低温热氧化法制备Bi_2O_3薄膜及其热氧化机理研究

通过直流磁控溅射法在Si基片表面沉积Bi薄膜,然后置于氧气中加热。系统研究了热氧化温度对上述薄膜的物相组成、微观形貌的影响。X-射线衍射(XRD)结果表明,Bi薄膜可在200~270℃氧化形成Bi_2O_3薄膜。不同温度、不同氧化时间,样品的质量变化表明,磁控溅射沉积的Bi金属薄膜热氧化形成Bi_2O_3薄膜,遵循Mott-Cebrera热氧化机理。     

THE REDOX BEHAVIOR OF BISMUTH MOLYBDATES——AN XPS STUDY OF Ar~+ ION BOMBARDMENT INDUCED CHEMICAL EFFECT IN UHV

Ar~+ ion bombardment induced reduction effect on Bi_2O_3, MoO_3 and Bi-Mo complex oxides, α-Bi_2Mo_3O_(13), β-Bi_2Mo_2O_9, and γ-Bi_2MoO_6, has been studied with XPS. The results show that, owing to the presence of the oxygen anion bridge in Bi(Ⅲ)-O(Ⅱ)-Mo(Ⅵ), the reduction behavior of Bi(Ⅲ) and Mo(Ⅵ) metal ions in all the three complex oxides is contrary to that in the single oxides. While Mo(Ⅵ) in MoO_3 is reduced to Mo(Ⅵ) in UHV under Ar~+ ion bombardment, the valence state of Bi(Ⅲ) in Bi_2O_3 is unchanged. However, Bi(Ⅲ) in the three complex oxides is reduced to Bi(0) without noticeable reduction of Mo(Ⅵ). Nevertheless, the rates of Bi(Ⅲ) reduction are in correspondence with the difference in Bi/Mo atomic ratio and the crystallographic features of the three phases of bismuth molybdate are decreasing in the order of α-Bi_2Mo_3O_(12)≥β-Bi_2Mo_2O_9>γ-Bi_2MoO_6. A new O -species is observed on the bismuth molybdate surface reduced by Ar~+ ion bombardment.Wc discuss the above phenomena i     

钼酸铋的氧化-还原特性——超高真空中氩离子束诱导的化学效应的XPS研究

由于桥氧O~(2-)连结Bi~(3+)和Mo~(6+)双金属离子的配位结构,Ar~+离子束轰击诱导的α,β和γ相钼酸铋中Bi~(3+)和Mo~(6+)的还原行为较之其单一氧化物(Bi_2O_3和MoO_3)发生逆转,并且三种钼酸铋中Bi~(3+)还原为Bi~0的速率同其Bi/Mo原子比的规律变化有对应关系,依次为α-Bi_2Mo_3O_(12)≥β-Bi_2Mo_2O_9>γ-Bi_2MoO_6.在氩离子束诱导还原的钼酸铋表面观察到新的氧物种.据此提出了与钼酸铋晶体结构和电子能带结构相联系的离子束轰击诱导的化学还原效应的电子转移机理.文中所观察到的钼酸铋的氧化还原特性还对加深理解钼酸铋在烯烃选择氧化催化反应中的氧化还原机理提供了重要信息.     

苯氨基甲酸甲酯分解催化剂Bi-Zn复合氧化物的制备及其催化性能

采用共沉淀法制备了一系列Bi-Zn复合氧化物催化剂并将其用于催化苯氨基甲酸甲酯(MPC)分解制备苯基异氰酸酯(PI).用热重、X射线衍射和傅里叶变换红外光谱考察了Bi/Zn摩尔比和焙烧温度对催化剂物相结构和表面性质的影响.结果表明,Zn的加入使Bi_2O_3由α晶相转变为活性更高的β晶相,500℃焙烧时Bi-Zn前驱体分解较为完全,析出Bi_2O_3粒子的同时伴生较多Bi_(7.65)Zn_(0.35)O_(11.83)晶相.在Bi/Zn摩尔比为2/1,焙烧温度为500℃条件下制得的催化剂活性最高,此时MPC转化率为86.O%,PI选择性为91.7%,优于单独使用Bi_2O_3时的催化性能.     

Mo—Bi—Ce／SiO2催化剂的XPS研究

用XPS研究了甲醇还原前后的Mo-Bi-Ce/SiO_2催化剂并进行了测定。结果表明,反应前催化剂表面主要由Bi_2(MoO_4)_3与CeO_2组成,而反应后Ce~(4+)还原为Ce~0并出现少量Ce_2O_3,同时Bi、Mo均还原为低价态,还原顺序为Ce、Bi、Mo。还原前Bi处于催化剂表层,反应过程中扩散进入体相,再经氧脉冲氧化Bi迁回表层。活性组份被氧化的顺序为Mo、Bi、Ce。     

α,β,γ,δ,ε,η-Bi_2O_3电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论的CASTEP模块研究了α,β,γ,δ,ε和η-Bi_2O_3晶型,计算分析了其几何结构、能带结构、电子态密度和光学性质.结果表明,α,ε和η相均为层状结构,其中,α和ε相为单层—Bi—O—结构,而η相为双层—Bi—O—结构;β,γ和δ相为—Bi_m—O_n—交错结构,其中δ相交错尤为密集,呈现导体特性.各晶相的导带均由Bi 6p态构成,价带由O__(2p)态起主导作用.电势电位分析结果表明,6种晶相价带电位均在H_2O/O_2之下,具有强氧化能力,与实验报道的光催化氧化能力大小顺序γ-Bi_2O_3β-Bi_2O_3α-Bi_2O_3δ-Bi_2O_3一致,而导带还原电位低于H_2/H_2O,预测纯Bi_2O_3很难具备催化产氢能力.光学性质分析发现,γ和δ相的起始响应波长较大,说明其应具备红外激发的性质.这些结果可为获得偏红外激发和较宽光谱响应的Bi_2O_3材料研究提供理论基础,为研发和应用Bi_2O_3及其复合物提供重要的指导.     

Bi掺杂对La_(0.1)Sr_(0.9)TiO_3陶瓷热电性能的影响

在5%H_2+95%N_2(V/V)还原气氛中1 500℃烧结4 h制备La_(0.1)Bi_xSr_(0.9-x)TiO_3(x=0、0.05、0.075、0.1)陶瓷,并对其组成、显微结构和热电性能进行研究。结果表明:掺Bi试样的主晶相均为Sr Ti O3,当Bi掺杂量大于0.075时,样品中出现少量Bi_2O_3杂相;掺Bi试样的晶粒发育完全,形状规则,结合紧密,显示出Bi_2O_3良好的助烧效果。另外,Bi元素掺入使La_(0.1)Sr_(0.9)TiO_3陶瓷的电导率和Seebeck系数绝对值显著增加,说明Bi元素的掺入可有效提高材料的载流子浓度和载流子迁移率。其中,x=0.075时试样的功率因子最大,在400℃时为692μW·m~(-1)·K~(-2)。虽然其热导率比未掺杂Bi试样有所提高,x=0.075时试样的ZT值在500℃时仍可达0.172,比未掺杂Bi试样提高了130%。     

Synthesis and study of Bi2Ti2O7/TiO2 composites as efficient visible-light-active photocatalysts in the reduction of aqueous Cr(VI)

In this work, Bi_2Ti_2O_7/TiO_2 composites were synthesized and studied as potential visible-light-activated photocatalysts in the reduction of aqueous Cr(VI). Bi_2Ti_2O_7/TiO_2 composites with tunable compositions were synthesized via a solvothermal-calcination two-step method, simply by changing the molar ratios of Bi(NO_3)_3·5H_2O to tetrabutyl titanate in the reactants. The compositions, structures and optical properties of the as-synthesized Bi_2Ti_2O_7/TiO_2 composites were characterized by X-ray diffraction, field emission scanning electron microscopy and UV–vis diffuse reflectance spectra. The photocatalytic activity of the as-synthesized Bi_2Ti_2O_7/TiO_2 composites was tested in the reduction of aqueous Cr(VI)under visible-light(λ420 nm) irradiation, and compared with that of TiO_2 nanoparticles. It was observed that the as-synthesized Bi_2Ti_2O_7/TiO_2 composites exhibited much higher photocatalytic activity than TiO_2 nanoparticles, and the most efficient composite(300 mg) can achieve the complete reduction of Cr(VI) in 300 mL of 50 mg/L K_2Cr_2O_7 aqueous solution under visible-light(λ420 nm)irradiation in 90 min.     

多组分钼酸盐催化剂的活性结构及其在丙烯氨氧化中的催化作用机理

用XRD,IR,Mossbauer,ESR,XPS和TPD研究了50％Ni_3Co_5Fe_xBiPK_(0.1)Mo_(12)O_(48.05+(3/2)x)-50％SiO_2催化剂的活性组分、催化行为和产物分布。结果表明,活性组分有Fe_2(MoO_4)_3,Bi_2O_3·3MoO_3,CoMoO_4和NiMoO_4。Bi_2O_3·3MoO_3是表面活性中心,起选择氧化作用;Fe_2(MoO_4)_3则起氧化还原的促进作用;CoMoO_4和NiMoO_4起结构稳定作用。还探讨了催化作用机理。     

V2O5-MoO3体系的电子探针分析

V_2O_5—MoO_3体系是重要的氧化催化剂体系之一.许多作者分别用X射线衍射对V_2O_5—MoO_3体系进行了物相分析,测定了有关的晶体结构,用热分析或熔点显微镜研究其相图等.据文献报道,V_2O_5—MoO_3体系中当MoO_3含量低于约40mol％时,可形成MoO_3在V_2O_5中的固溶体相;当 MoO_3含量在约50mol％或稍高时,可形成中间化合物相;当MoO_3含量更高时,则以MoO_3相为主.但是,文献中对于V—Mo—O中间化合物相的化学组成的认识存在着分岐,有些作者归结为V_2MoO_8,另一些作者则归结为V_9Mo_6O_(40).这两种分子式表示法的差异首先在于V和Mo的原子比不     

铁酸铋的水热合成及其光催化性能

以Fe(NO_3)_3·9H_2O和Bi(NO_3)_3·5H_2O为原料,NaOH为矿化剂,用水热法合成了柱状晶体Bi_2Fe_4O_9,其结构和催化性能经XRD,SEM和UV-Vis表征.结果表明,Bi_2Fe_4O_9截面边长约500 nm,长约2μm～3μm,分散均匀.Bi_2Fe_4O_9在可见光区域有较强吸收,对甲基橙降解效果较好.     

Bi4(Ti1/3Sn2/3)3O12掺杂BaTiO3基X8R陶瓷微观结构与介电性能

研究了Bi4(Ti1/3Sn2/3)3O12掺杂对钛酸钡基陶瓷微观结构和介电性能影响。结果表明,掺杂Bi4(Ti1/3Sn2/3)3O12后钛酸钡基陶瓷晶粒明显长大,同时烧结温度可由1 280℃降低至1 180℃。系统的介电性能和Bi4(Ti1/3Sn2/3)3O12的掺杂量有密切关系。当Bi4(Ti1/3Sn2/3)3O12的掺杂量从0.5mol%增加到2mol%,体系的居里峰被明显压低和展宽,当掺杂量为2mol%时居里峰变得不明显。当Bi4(Ti1/3Sn2/3)3O12的掺杂量从0.5mol%增加到2mol%,系统的居里温度由131℃升高至139℃。当Bi4(Ti1/3Sn2/3)3O12的掺杂量为1mol%时,钛酸钡基陶瓷介电常数为1 930,介电常数温度变化率为5%(-55℃),13%(134℃),-8%(150℃),满足X8R标准。     

二氧化铈/钼酸铋复合光催化剂的制备及光催化性能

采用水热法一步合成二氧化铈/钼酸铋复合材料,进一步探究了不同酸碱性反应体系溶液中二氧化铈与钼酸铋的组成、结构和光催化性能的关系。运用X射线衍射分析仪、扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、紫外-可见漫反射光谱仪等对样品进行表征。研究发现CeO_2的加入与钼酸铋在不同酸碱性合成体系合成产物的形态、组成、结构及光催化性能息息相关。未加Ce~(3+)前,在酸性条件下反应生成的是Bi_2MoO_6;在碱性条件下的反应产物是Bi_(3.64)Mo_(0.36)O_(6.55)/Bi_2MoO_6复合材料。当合成的反应溶液体系中引入CeO_2之后,在酸性条件下反应生成的Bi_2MoO_6催化性能最好;在碱性条件下,反应生成的是Bi_(3.64)Mo_(0.36)O_(6.55)。因此,在碱性条件下,CeO_2的加入能够促进Bi_2MoO_6转化Bi_(3.64)Mo_(0.36)O_(6.55)。     

BiVO_4/Bi_6O_6(OH)_3(NO_3)_3复合光催化剂的制备及光催化性能研究

以Bi(NO_3)_3·5H_2O和NH_4VO_3为原料,控制水溶液介质p H及反应时间,采用水热合成法制备钒酸铋(BiVO_4)及其复合物(BiVO_4/Bi_6O_6(OH)_3(NO_3)_3).利用X-射线粉末衍射、扫描电子显微镜和紫外-可见漫反射吸收光谱等手段对制备的样品进行了物理表征,结果表明,在控制反应时间为1 h,介质p H值在1.14~9.01之间时,制备的样品为BiVO_4/Bi_6O_6(OH)_3(NO_3)_3复合物,当p H值增加至10.92时为纯BiVO_4;控制介质p H为7.17,反应时间在1~12 h之间时得到BiVO_4/Bi_6O_6(OH)_3(NO_3)_3复合光催化剂,反应时间为18 h时为纯BiVO_4.在可见光(λ≥400 nm)照射下,以有机染料罗丹明B(Rhodamine B,Rh B)为底物,研究不同条件制备的BiVO_4或者复合物为光催化剂的光催化特性,发现p H=7.17,水热反应12 h得到的催化剂(BiVO_4/Bi_6O_6(OH)_3(NO_3)_3)光催化降解活性高于对照制备的纯BiVO_4.同时在可见光照射下,BiVO_4/Bi_6O_6(OH)_3(NO_3)_3亦可以有效降解无色小分子2,4-二氯苯酚(2,4-Dichlorophenol,2,4-DCP),说明氧化过程涉及到光催化过程.分析BiVO_4/Bi_6O_6(OH)_3(NO_3)_3复合光催化剂对Rh B光催化降解过程中活性物种,表明在降解过程中主要涉及空穴和超氧氧化,O_2·~-起主要作用.     

Bi/BiVO4&Bi4V2O11复合催化剂的制备及其光催化性能

经由溶剂热反应、光辅助还原过程制备Bi/Bi VO_4Bi_4V_2O_(11)纳米复合光催化材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、N_2吸附-脱附等温线和光致发光(PL)等手段对该复合物进行表征。实验结果表明当金属Bi与BiVO_4Bi_4V_2O_(11)的质量比值为0.8,可见光照射30 min时,Bi/BiVO_4Bi_4V_2O_(11)复合催化剂对罗丹明B(RhB)的降解率可达95.6%。此外,Bi/BiVO_4Bi_4V_2O_(11)对四环素(TC)的降解也表现出增强的光催化性能。Bi/BiVO_4Bi_4V_2O_(11)复合材料提升的光催化性能可能归因于金属Bi的表面等离子体共振(SPR)效应、拓宽的可见光吸收范围和增大的比表面积。此外,提出了复合光催化剂可能的光催化机理。     

γ-Bi_2MoO_6光催化降解次甲基蓝的研究

以Bi(NO_3)_3·5H_2O和(NH_4)_6Mo_7O_(24)·4H_2O为原料,水热法合成Bi_2MoO_6粉体,采用X-射线衍射、紫外可见漫反射光谱仪对其进行表征。以次甲基蓝溶液为目标降解物,评价了Bi_2MoO_6催化剂的光催化活性。考察了光催化剂的制备反应温度、pH值以及焙烧温度、催化剂用量等对光催化反应效果的影响,确定了Bi_2MoO_6粉体的最佳制备条件。结果显示:在160℃,pH=8的条件下水热反应4h,并在160℃干燥所制得的催化剂对次甲基蓝的降解效果最佳,其脱色率可达到90%。     

Bi2O3／γ—Al2O3系助燃剂的性能研究

负载性Pt助燃剂已被广泛应用。由于助燃剂能促进CO的转化成CO_2,对焦炭本身的燃烧速度无明显影响,故欲强化催化剂再生过程应提高其表面结焦的燃烧速度。我们制备了一系列Bi_2O_3/γ-Al_2O_3助燃剂以取代较为昂贵的Pt系助燃剂,并考察了Bi系助燃剂的物相结构、表面吸附性能、抗硫性及CO催化氧化活性和烧碳速度。结果表明,在高温实用区域,Bi系和Pt系对CO催化氧化活性相近,Bi系尚具有较好的去焦性能,有利于催化剂再生。     

Bi_2O_2Se纳米带的气-液-固生长与高性能晶体管的构筑（英文）

作为一种具有高迁移率、高空气稳定性和带隙可调的二维材料,纳米硒氧化铋(Bi_2O_2Se)半导体有望成为未来电子学集成器件和光电子集成器件沟道材料的候选半导体。高质量的Bi_2O_2Se纳米带有望用于高性能晶体管的构筑;然而,其一维结构的合成方法尚未开发。在我们的研究中,我们在云母衬底上通过Bi催化汽-液-固生长机制合成了一维Bi_2O_2Se纳米带。合成的Bi_2O_2Se单晶纳米带的宽度为100 nm到20μm,长度可达亚毫米。再者,Bi_2O_2Se纳米带可以很容易地利用洁净转移方法被转移到Si O_2/Si衬底上,并进一步制备成高性能场效应器件。Bi_2O_2Se纳米带场效应器件表现出优异的电学性质:室温电子迁移率高达～220 cm~2·V~(-1)·s~(-1),开关比高达 106,10μm沟道长度下电流密度高达～42μA·μm~(-1)。由此说明,Bi_2O_2Se纳米带有望成为候选材料用于未来高性能晶体管的构筑。     

衬底温度对Fe3N薄膜生长和磁性的影响

采用直流磁控溅射方法, 以Si(100) 单晶片为衬底, 在衬底温度为150～450 ℃的范围内得到了ε-Fe3N薄膜样品. 利用 XRD, SEM和VSM等表征手段, 研究了衬底温度对ε-Fe3N薄膜的生长和磁性的影响. 实验结果表明, 随着衬底温度的升高, 薄膜的生长速率、晶粒尺寸和单位质量磁化强度均增大, 而矫顽力呈现先增加后减小的变化趋势, 当衬底温度为350 ℃时, 矫顽力达到最大值18.72 kA/m, 可以认为此时薄膜样品的晶粒尺寸接近于交换作用长度.     

利用Bi的SPR效应增强Bi_2WO_6的可见光催化NO氧化去除性能（英文）

作为大气中的典型污染物之一,化石燃料燃烧产生的NO不仅会引起酸雨,还会影响人体呼吸系统.半导体光催化技术可以利用太阳能和空气中的氧气来分解环境污染物,因而得到了国内外学者的广泛关注.作为最具代表性的半导体光催化材料,TiO_2虽然具有较强的氧化能力和优异的生物相容性,但是其禁带宽度较大(3.2 eV)而只能被紫外光激发,无法充分利用太阳能.因此,开发新型可见光响应的半导体催化材料具有重要意义.Bi_2WO_6是一种独特的具有层状结构半导体光催化材料,因其具有可见光响应性能而受到了广泛关注;但是可见光响应范围窄(禁带宽度2.6?2.8 eV)以及其较快的光生载流子复合,导致Bi_2WO_6其光催化效率不高,迫切需要采取有效措施对Bi_2WO_6进行改性.贵金属(诸如金和银)纳米粒子可见光区的表面等离子体效应(SPR),可以用来增强半导体材料的可见光催化性能.但是,贵金属的价格昂贵,难以满足实际需求.近来的研究发现,非贵金属Bi同样具有类似的表面等离子体效应.因此,本文选用以乙二醇为还原剂,通过低温还原Bi(NO_3)_3的方式,在花球Bi_2WO_6表面,成功制备了沉积了Bi纳米球复合光催化次材料.本文用NO的可见光催化氧化来评价Bi/Bi_2WO_6复合材料的光催化性能的可见光催化性能,所使用的光源为可见光LED灯(λ400 nm).结果发现:(1)单一组分的Bi金属和Bi_2WO_6前驱体花球均表现出非常差的光催化活性,NO去除率分别仅为7.7%和8.6%;(2)随着Bi纳米球的负载量从0增加至10 wt%,复合材料Bi/Bi_2WO_6的NO去除效率从12.3%稳定增加至53.1%至20 wt%时开始降低.这可能是由于Bi纳米球阻碍了Bi_2WO_6对光的吸收;(3)改性后的Bi/Bi_2WO_6具有良好的可见光催化稳定性,循环使用在五次后其活性变化不大.光催化机理研究结果显示,Bi/Bi_2WO_6增强的可见光NO去除性能归因于Bi纳米球的SPR效应.在可见光照射下,Bi纳米球的SPR效应产生的电场可以显著促进Bi_2WO_6的光生载流子分离效率.同时,Bi纳米球可以快速转移Bi_2WO_6导带上的光生电子,生成超氧游离基(·O_2~?),从而抑制了光生电子和空穴的复合.Bi_2WO_6表面的空穴可以被表面吸附水捕获,产生羟基自由基(·OH).在活性氧物种·OH和·O_2~?的不断进攻作用下,NO最终被氧化.本文为宽禁带半导体的非贵金属敏化,提升其可见光催化性能解决环境问题提供了新思路.