铋钒酸盐BiZn2VO6的合成及性质测试

高玲玲

摘 要：无机非中心对称的非金属材料由于其结构的特点而具有压电、热释电、非线性（如倍频）等多种性质，是新型材料发展的重要分支。目前来看，实用的非线性光学材料大部分都是无机物，且非中心对称性结构是二阶非线性光学晶体材料的前提。本文主要介绍了铋矾酸盐BiZn2VO6的合成方法，并进行相关的测试。

关键词：铋矾酸盐；高温固相；性质测试

非线性光学产生于激光出现之后。1961年，人们首次通过红宝石激光器观察到了二次谐波的产生[1]，此后非线性光学有了很快的发展，发现了各种非线性光学效应，如激光频率变换、图像处理、光电效应、及信息通信等，利用这些效应制成了许多有用的器件。理论研究表明将具有二阶姜-泰勒效应的离子结合可以更大概率地合成非中心对称结构的化合物。本文主要介绍了铋矾酸盐BiZn2VO6的合成方法，并进行相关的测试。

一、BiZn2VO6的合成方法及其晶体合成的尝试

用高温固相法按ZnO：Bi2O3：NH4VO3=4：1：2和ZnO：Bi2O3：V2O5=4：1：1进行配比，合成流程为：将反应原料按化学计量比用电子天平称量，在玛瑙研钵中加微量酒精后充分研磨，用刚玉坩埚盛放，在井式电阻炉中加热，在600℃进行第一次充分烧结24h，二次研磨后分别在800℃进行烧结48h，再重复研磨后800℃烧结48h，共重复三次，最后得到纯净的粉末样品。XRD表明它是BiZn2VO6，在PDF数据库中BiZn2VO6的PDF编号为00-059-0010，且只有5°-35°范围内有对应的谱线，而没有对应的空间群等详细的结构参数。

为了得到单晶样品，从而通过解析晶体结构得知其具体结构参数，首先对其进行DSC-TG热分析，在809.3℃-836.6℃范围内有个吸热峰，物质在该温度范围内熔化，质量基本不变，紧接着在836.6℃之后又有明显的吸热峰，可能是该物质进行分解。故将样品升温至900℃且在836.6℃-809.3℃之间缓慢降温，对缓冷得到的产物进行XRD分析，发现其分解为Zn2V2O7， Bi2O3， V2O5，由此可知，它是非同成分熔融的，所以缓冷不易得到晶体。

根据ZnO-BiVO4的二元相圖，由二元相图可知，将ZnO和BiVO4药品混合，在BiVO4占55mol﹪-60mol﹪之间配样，1078K-1033K之间缓慢降温可能会得到BiZn2VO6晶体。基于以上理论，分别设置几个配比。在1088K-1022K之间以2℃/d 缓慢降温，且1062K时引入白金作为结晶核，但最终得到的产物均为ZnO和BiVO4的混合物。

由于没有得到晶体，试着对BiZn2VO6的粉末XRD进行精修，试图得出的具体结构，将BiZn2VO6与参考物BiMg2VO6的XRD谱图进行比较，两者相差很大，所以不可以用来精修。

二、性质测试

1.紫外-可见漫反射光谱分析

在200-700nm波长范围内，收集BiZn2VO6粉末样品的漫反射光谱数据，与前面相同，将漫反射数据利用Kubelka-Munk方程式

转化为吸收系数，再利用 ，将波长转化为能量，从而作出 曲线图，进而用两组数据分别计算材料的能带间隙，如图2.1，由此可知BiZn2VO6的能带间隙约为3.12ev。

图2.1 BiZn2VO6样品的反射吸收谱图

对样品BiZn2VO6进行紫外-可见漫反射吸收光谱测试，相应的起峰阈值为397.4nm，对应的禁带宽度为3.12eV。由此可知BiZn2VO6禁带宽度较窄，表明在可见光范围内吸收更多，材料的应用性更强。例如光催化，可见光催化是现在研究的趋势，禁带越小，所需能量越小，能吸收的光多，催化剂的光响应范围更宽，研究价值更高。

2.荧光性能的测试

以下图2.2是BiZn2VO6的激发谱图和发射谱图，以530nm的发射波长监测300-450nm的激发波长，它属于本征激发，激发波长在300nm左右，以320nm的激发波长监测400-610nm的发射波长，发射波长中心约在530.5nm附近，发射绿光。

图2.2 BiZn2VO6的激发谱图和发射谱图

2.3.倍频测试

本实验将样品固定于光学平台上，使用1064nm的脉冲激光器，将光直接打到样品上，观察是否有绿光，从而粗略了解其倍频性质，并将BiZn2VO6的倍频谐波强度和KDP的倍频谐波强度相比较，最后得知其倍频效应比较弱。

三、小结

本文用高温固相法合成了BiZn2VO6粉末，并尝试了一系列该晶体的合成，但没有得到很好的晶体，可做光催化剂。

参考文献

[1] M. Vlasse， R. Salmon， C. Parent. Crystal structure of sodium lanthanum orthovanadate， Na3La（VO4）2[J]. Inorganic Chemistry， 1976， 15（6）： 1440-1444.

[2] S. Benmokhtar， A. El Jazouli， J. P. Chaminade， et al. Synthesis， crystal structure and optical properties of BiMgVO5[J]. Journal of Solid State Chemistry， 2004， 177： 4175-4182.

[3] M. Bosacka， M. Kurzawa， I. Rychlowska-Himmel， et al. Phase relations in the system ZnO-BiVO4： the synthesis and properties of BiZn2VO6[J]. Thermochimica Acta， 2005， 428： 51-55.