钨酸铋光催化剂制备方法及性能评价

张 帆

钨酸铋光催化剂制备方法及性能评价

张 帆

（东北大学 资源与土木工程学院， 辽宁 沈阳 110819）

介绍一种新型可见光光催化剂钨酸铋，详细介绍了Bi2WO6光催化剂的几种制备方法的优缺点，简述了Bi2WO6光催化剂的光催化性能，总结了Bi2WO6光催化剂今后的研究方向。

Bi2WO6制备方法 光催化活性 研究方向

近年来，随着现代工业的不断发展，水中有机物的污染问题引起了广泛的关注。在大量的污染性有机物中，有机染料污染越来越严重，因此对染料的降解成为当今的研究热点。

针对水体中有机染料的污染，研究者分别推出了几种降解有机物的方法。其中包括生物降解，电催化氧化[1]，光催化降解等。

在这些降解方法中，光催化剂以其易制备，环境污染小，催化活性高等优点，引起了研究者的关注。目前，对光催化剂的研究有很多，其中比较典型的有几种，其中一个是发展较早的半导体光催化剂TiO2，另一个是铋系光催化剂（硫化铋，钨酸铋等）[2]。

近年来，Bi2WO6等纳米材料的光催化性能的研究取得很多进展，光催化活性得到很大提高Bi2WO6，已经广泛地应用于降解废水中的有机染料[3]，Bi2WO6具有在可见光下催化降解，制备方便，催化性能良好等优点。

本文介绍了几种钨酸铋的几种制备方法，包括高温固相法，溶胶-凝胶法及水热法，通过不同的制备方法可以得到形状和催化性能不同的光催化剂，同时说明了不同方法的优缺点。

1 钨酸铋光催化剂制备方法及性能研究

随着工业的不断发展，大量的污染物进入人类赖以生存的水资源里，水资源受到极大的污染，严重威胁着人类的身体健康，解决当前工业排放污染物的问题已成为当今社会的热门话题。对工业排放的废水的治理是人们面临的一个重大课题[4]。

1.1 高温固相法

近年来Bi2WO6作为使用率较高的光催化剂之一，早在1999年，Kudo et al 首次用固态法制备出了Bi2WO6光催化材料，在波长大于420 nm的可见光照射下可将水裂解产生O2[5]。但随着光催化剂技术的发展，发现使用固态法制备产物的颗粒直径比较大，比表面积小，光催化性能比较弱，已经不能满足光催化剂的应用。

高温固相法具有成本低、产量大、工艺简单等优点，但同时也存在一些缺点，比如能耗大、生产效率低、颗粒粒径大、比表面积较小，导致其光催化活性较低。

1.2 溶胶-凝胶法

为了克服高温固相法的不足，溶胶-凝胶法得到关注，溶胶-凝胶法是将酯类化合物或金属醇盐溶于有机溶剂中，形成均匀的溶液，然后加入其他组分，在一定温度下反应形成凝胶，最后经干燥处理制成产物。Zhang G等人以 Bi（NO3）3·5H2O和（NH4）6W7O24·6H2O为原料，加入添加剂柠檬酸和EDTA，使用溶胶-凝胶法制备Bi2WO6粉末, 对粉末进行表征发现颗粒形貌不规则的，且分层[6]。溶胶-凝胶法制备的 Bi2WO6比高温固相法合成的样品的可见光催化活性高，可达到10倍左右，由于溶胶-凝胶法存在易烧结，反应时间长等缺点，所以制备的Bi2WO6样品存在缺陷，但也有颗粒结构层次分明，尺寸较小，催化活性较高等优点[7]。

1.3 水热法

“水热”一词最早源于140多年前的地质学家，英国的地质学家 Sir Roderick Murchison 在研究地壳热液演化时使用的[8]，水热法是指将反应物放入高压反应釜中，通过不同条件加热高压反应釜，使物质重结晶。水热法制备出的Bi2WO6粒径小且表面分布均匀，比表面积大，有较高的光催化活性。水热法其中一个优点就是条件可控，通过不同的条件，可得到不同结构和形貌的纳米粉体，在可见光催化下有较高的活性。黄毅等人通过简单的水热法，以Bi(NO3)3和Na2WO4为原料，在无任何表面活性的条件下，成功制备了具有三维花状结构的斜方晶 Bi2WO6光催化剂，同时对Bi2WO6光催化剂进行XRD等表征，制备的斜方晶Bi2WO6结晶度较高，结构均匀，制备方法简易，耗能低[9]。

2 展望

当今环境污染问题十分严峻，治理环境已刻不容缓，而研究成本低，催化效率高，对环境无污染的催化剂更是十分重要，钨酸铋作为一种稳定、高效和环境友好的新型光催化剂，受到越来越多人的关注。钨酸铋光催化剂的制备方法如今已有很多的研究，除上述的三种方法外，还有很多，如，溶解法，低温熔盐法等。不同的制备方法对钨酸铋光催化剂颗粒的物理和化学性能有不同影响。除此之外，还有其他改善性能的方法，改善钨酸铋光催化剂的性能是今后的研究重点，对钨酸铋光催化剂进行稀有金属掺杂和非金属掺杂可以有效改善其催化性能。

［1］赵瑛，等. 化工废水处理技术探讨[C]. 中国环境保护优秀论文集, 2005：1118-1119.

［2］Zhang G, Lü F, Li M, et al. Synthesis of nanometer Bi2WO6synthesized by sol–gel method and its visible-light photocatalytic activity for degradation of 4BS. Journal of Physics and Chemistry of Solids. 2010; 71 (4): 579-82.

［3］姚三丽, 陈建林, 王仪春. 水热合成纳米Bi2WO6粉末及其可见光催化活性[J]. 中国环境科学, 2008, 28 (3): 242-245.

［4］陶志萍. 防污涂料的研究及其发展 [J]. 当代化工，2011, 5 (40): 505-513.

［5］Kudo A, Hijii S.H2or O2evolution from aqueous solutions on layered oxide photocatalysts consisting of Bi3+with 6s2 configuration and d0 transition metal ions［J］. Chem Lett. 1999，28 (10): 1103-4.

［6］Zhang G, Lü F, Li M, et al. Synthesis of nanometer Bi2WO6synthesized by sol–gel method and its visible-light photocatalytic activity for degradation of 4BS［J］. Journal of Physics and Chemistry of Solids. 2010, 71(4): 579-82.

［7］ZHANG Ge Yang, FENG Yun, WU Qi Shang, et al. Photocatalytic activity enhancement for Bi2WO6by fluorine substitution[J]. Mater. Res. Bull., 2012,47:1919-1924.

［8］LENG Wu Hui, LIU Hong, CHENG Shi Ao, et al. J Photochem Photobio A:Chem[J]. Materials Letters, 2000:131-125.

［9］黄毅, 申玥, 吴季怀, 等. 花状 Bi2WO6光催化剂的制备及性能研究[J]. 功能材料, 2010, 41(1):52-56.

Preparation and Performance Evaluation of Bismuth Tungstate Photocatalyst

（Northeastern University, Liaoning Shenyang 110819, China）

The advantages and disadvantages of several preparation methods of Bi2WO6photocatalyst were introduced in detail. The photocatalytic performance of Bi2WO6photocatalyst were discussed, and the future research direction of Bi2WO6photocatalyst was summarized.

Preparation methodof Bi2WO6; Photocatalytic activity ; research direction

O 643

A

1004-0935（2017）09-0864-02

2017-06-20

张帆（1979-），女，东北大学在读研究生，辽宁省沈阳市人，2002年毕业于辽宁师范大学，研究方向：环境污染与治理。