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●How to Cite this Article
Advances in Material Chemistry
材料化学前沿
, 2013, 1, 13-16
http://dx.doi.org/10.12677/amc.2013.12004
Published Online October 2013 (htt
p://www.hanspub.org/journal/amc.html)
Preparation and Photocatalytic Electrocatalytic
Properties of
γ
-Bi
2
MoO
6
*
Huidong Xie
1,2#
, Wei Yang
1
, Zhiqi Wang
1
, Yahong Yao
1
, Yajuan Zhao
1
, Xiaochang Wang
2
1
School of Science, Xi’an University of Architecture and Technology, Xi’an
2
Key Laboratory of Northwest Water Resource, Environment and Ecology, MOE, Xi’an University of Architecture and Technology, Xi’an
Email:
#
xiehuidong@tsinghua.org.cn
Received: May 18
th
, 2013; revised: Sep. 10
th
, 2013; accepted: Sep. 20
th
, 2013
Copyright © 2013 Huidong Xie et al. This is an open access artic
le distributed under the Creative Commons Attribution License,
which permits
unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
Abstract:
γ
-Bi
2
MoO
6
was prepared by a mixed solvothermal method, using Bi(NO
3
)
3
·5H
2
O and (NH
4
)
6
Mo
7
O
24
·4H
2
O
as raw materials. X-ray powder diffraction (XRD), infrared spectra (IR), and scanning electron microscopy (SEM) were
used to characterize the as-prepared
γ
-Bi
2
MoO
6
. The as-prepared products showed a single phase and a microsphere
structure. The photodegradation test showed that
γ
-Bi
2
MoO
6
had performance degradation of methyl orange. The cyclic
voltammetry demonstrated that
γ
-Bi
2
MoO
6
accelerated the rate of electron transfer of K
4
Fe(CN)
6
/K
3
Fe(CN)
6
.
Keywords:
Bismuth Molybdate; Preparation;
Photocatalysis; Electrocatalytic
γ
-Bi
2
MoO
6
微米球的制备及其光电催化性能
*
谢会东
1,2#
,杨
薇
1
,王志奇
1
,姚亚红
1
,赵亚娟
1
,王晓昌
2
1
西安建筑科技大学,理学院,西安
2
西安建筑科技大学,教育部西北水资源环境生态重点实验室,西安
Email:
#
xiehuidong@tsinghua.org.cn
收稿日期:
2013
年
5
月
18
日;修回日期:
2013
年
9
月
10
日;录用日期:
2013
年
9
月
20
日
摘
要:
以
Bi(NO
3
)
3
·5H
2
O
和
(NH
4
)
6
Mo
7
O
24
·4H
2
O
等为原料,采用混合溶剂热法制备了
γ
-Bi
2
MoO
6
。采用
X-
射线
粉末衍射
(XRD)
、红外光谱
(IR)
和扫描电镜
(SEM)
等手段对制得的
γ
-Bi
2
MoO
6
进行了分析表征。所得产物为单相
微米球状,光催化实验显示产物具有一定的降解甲基橙性能,循环伏安曲线显示产物能够促进
K
4
Fe(CN)
6
/
K
3
Fe(CN)
6
电对之间的电子传递。
关键词:
钼酸铋;制备;光催化;电催化
1.
引言
γ
-Bi
2
MoO
6
是最简单的铋层状结构铁电化合物,
主要用在催化、气敏元件和氧离子导体方面,用作催
化剂时可用于催化氧化
CO
为
CO
2
[1,2]
,催化氧化丙烯
等碳氢化合物、选择性氧化和氨解氧化石蜡
[3]
和可见
光光解水等
[4]
。较多的文献报道具有可见光降解有机
染料的性能
[5-7]
。
γ
-Bi
2
MoO
6
制备方法主要有:固相合
成法
[8]
、水 热 法
[9-12]
、微波水热法
[2,13]
、溶剂热法
[14,15]
、
燃烧法
[16]
、共沉淀法
[17]
、熔 盐 法
[18]
和喷雾法
[19]
等。不
同的合成方法对于产物的形貌、结构乃至性能等有较
大影响,文献报道的形貌有片状
[2,18]
、带状
[14]
、空心
管状
[20]
、花状
[15]
、空 心球状
[19,21]
等。迄今为止,文献
对于混合溶剂热法制备的
γ
-Bi
2
MoO
6
的光催化性能报
道较少,尚没有文献对于
γ
-
Bi
2
MoO
6
的电催化性能报
*
资助信息:中国博士后基金特别资助项目,编号:
2012T50801
。
#
通讯作者
。
Copyright © 2013 Hanspub
13
γ
-Bi
2
MoO
6
微米球的制备及其光电催化性能
道。本文采用乙醇和乙二醇混合溶剂热法合成了
γ
-Bi
2
MoO
6
,采用
X-
射线粉末衍射、红外光谱和扫描
电镜等分析手段对制得的
γ
-Bi
2
MoO
6
进行了分析表
征。同时考察了
γ
-Bi
2
MoO
6
催化剂对废水中有机染料
甲基橙的降解和电催化性能。
2.
实验
2.1.
γ
-Bi
2
MoO
6
的制备
所有化学试剂均为分析纯。将
1.2125 g (2.5 mmol)
Bi(NO
3
)
3
·5H
2
O
和
0.2206 g (0.179 mmol)
(NH
4
)
6
Mo
7
O
24
·4H
2
O
加入到
10 mL
乙二醇溶液中,超
声
10 min
,待其全部溶解后,加入
30 mL
溶有
0.3 g
尿素的无水乙醇溶液,搅拌均匀后,转入
50 mL
水热
反应釜中。将反应釜密封,置于烘箱中
160
℃恒温反
应
12 h
。反应完毕后,待反应釜自然冷却至室温,取
出沉淀,依次用去离子水和乙醇离心洗涤直至清洗液
呈中性,然后置于烘箱中
60
℃干燥
24 h
,所得样品进
行分析表征和性能测试。
2.2.
性能测试和表征
产物的物相分析用型号为日本理学公司的
D/Max2550VB + /PC
的
X
射线衍射仪测定,测定条件
为
Cu K
α
靶,管电流
50 mA
,管电压
40 kV
,扫描步
长
0.02
˚
,测定范围
3
˚
~90
˚
。红外光谱分析采用日本岛
津
IR Prestige-21
型傅立叶变换红外光谱仪。扫描电镜
(
日本电子公司,型号:
JEOL JSM-5800
,加速电压
20
kV)
。
光催化实验在自制的夹套式光反应器中进行,
500 W
氙灯光源
(CEL-LAX 500
,北京中教金源科技有
限公司
)
,取
10 mg/L
的甲基橙和
0.1 g
的产物,超声
10 min
,避光搅拌
30 min
,使溶液和催化剂达到吸附
平衡后,打开氙灯,每隔
30 min
取一次样,
8000 rpm
离心分离,然后取上层清液,采用
722
型分光光度计
在
464 nm
波长下测定甲基橙的吸光度。
电化学性质分析采用上海辰华仪器公司电化学
工作站,型号:
CHI660
,常规三电极系统,以碳糊电
极或修饰碳糊电极为工作电极,饱和甘汞电极为参比
电极,铂丝电极为辅助电极,利用循环伏安法研究电
对在修饰电极上的电化学行为,采用的氧化-还原电
对为
5 mmol·L
−
1
K
4
Fe(CN)
6
/K
3
Fe(CN)
6
,电解质溶液为
0.1 mol·L
−
1
KCl
。
3.
结果与讨论
3.1. X
射线衍射
图
1
为混合溶剂法所制备的产物的
XRD
谱图。
从图中可以看出,
XRD
峰形尖锐,和
JCPDS
卡
(No.
72-1524)
上正交钼铋矿相结构的
γ
-Bi
2
MoO
6
较一致。
产物中没有其它杂质峰的存在,表明在此条件下生成
了单相物质。此外,样品的峰形窄而强,说明其结晶
度很好。
Figure 1.
XRD pattern of
γ
-Bi
2
MoO
6
图
1.
γ
-Bi
2
MoO
6
的
X
射线衍图
Cop
yright © 2013 Hanspub
14
γ
-Bi
2
MoO
6
微米球的制备及其光电催化性能
3.2.
红外光谱分析
红外光谱常用来表征产物的化学键结构。图
2
显
示了混合溶剂热法所制备
γ
-Bi
2
MoO
6
在波数为
400~
1500 cm
−
1
范围的红外光谱。红外光谱
808 cm
−
1
处的带
为共角的
MoO
6
八面体的
ν
1
(A)
和
ν
3
(F2)
振动
(Mo-O
伸
缩振动
)
,
518 cm
−
1
附近的带为
Mo-O-Bi
振动模式。红
外光谱中
1385 cm
−
l
处的峰可能是起始物
3
NO
的吸收
峰。在
459 cm
−
1
附近处出现了吸收峰,是
Bi-O
键的
伸缩振动吸收峰
[22]
。
3.3. SEM
形貌分析
图
3
是在所合成的
γ
-Bi
2
MoO
6
粉体的
SEM
照片。
从图中可以看出,在该条件下所制备的粉体结晶呈致
密球形,粒径变化范围较大,从数百纳米到
3
微米。
3.4.
光催化活性
图
4
为
γ
-Bi
2
MoO
6
对甲基橙的吸光度和光照时间
的关系。如图所示,在没有加入
γ
-Bi
2
MoO
6
催化剂时,
甲基橙溶液在氙灯照射
2.5 h
后,吸光度几乎没有什
么变化
(<1%)
。这表明在没有催化剂参与的情况下,
较长时间内甲基橙溶液在可见光照射下是比较稳定
的。从图中还可以看到,在添加
γ
-Bi
2
MoO
6
光催化剂
的催化体系中,随着光照时间的增加,甲基橙的吸光
度逐渐降低,经过
2.5 h
的可见光照射后,甲基橙的
吸光度降低达到
29.5%
。
3.5.
电催化性能
图
5
为
γ
-Bi
2
MoO
6
修饰电极和裸电极对
K
4
Fe(CN)
6
/
1400 12001000800600400
40
50
60
70
80
459
418
1385
808
518
670
Transmittance/%
Wavemumber/cm
-1
Figure 2. Infrared spectra of
γ
-Bi
2
MoO
6
图
2.
γ
-Bi
2
MoO
6
的红外光谱图
(a)
(b)
Figure 3. SEM images of
γ
-Bi
2
MoO
6
, scale: (a) 10
μ
m, (b) 5
μ
m
图
3.
γ
-Bi
2
MoO
6
的
SEM
照片,标尺
: (a) 10
μ
m
,
(b) 5
μ
m
0.00.51.01.52.02.5
0.70
0.75
0.80
0.85
0.90
0.95
1.00
A
Time/h
no Bi
2
MoO
6
Bi
2
MoO
6
Figure 4. Maximum absorbance vs time of photodegradation
methyl orange using
γ
-Bi
2
MoO
6
图
4.
γ
-Bi
2
MoO
6
光降解甲基橙溶液最大吸光度与时间的关系
Cop
yright © 2013 Hanspub
15
γ
-Bi
2
MoO
6
微米球的制备及其光电催化性能
1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0-0.2-0.4-0.6
-140
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
Epc
Epa
Current/
A
Potential/V
裸电极
修饰电极
Figure 5. Cyclic voltammograms of the bare electrode and
图
5.
γ
-
Bi
2
伏安曲线
3
Fe(CN)
6
响应的循环伏安关系。如图所示,裸电
2 6
6 36
4.
结论
1)
采用混合溶剂热法制备了
γ
-Bi
2
MoO
6
。所得
物为
Bi
2
MoO
6
是一种良好的电极修饰材料,氧化
还原
2 6
46 36
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mbustion
a novel Bi
MoO
6
rosol-spraying
Y. Su, X. Zhang, P. P.
of he-
成及
det
γ
-Bi
2
MoO
6
modi
fi
ed electrode
MoO
6
修饰电极和裸电极的循环
K
极
sta
电流信号
弱,且不可逆,在电位为
0.573 V
处有一个
氧化峰,对应的峰电流值分别为
55.3
μ
A
;在
−
0.22 V
处有一个还原峰,对应的峰电流值为
49.9
μ
A
。对比
两曲线图可以发现
γ
-Bi
MoO
修饰电极不仅具有较高
的峰电流
值
(
氧化峰电流
Ipa = 130
μ
A
,还原峰电流
Ipc
= 134.9
μ
A)
,峰电位差变少
(
Δ
Ep = 0.377 V
,
Epa =
0.388 V
,
Epc = 0.011 V)
,说明修饰电极可逆性较好,
γ
-Bi
2
MoO
6
是一种良好的电极修饰材料,具有较强的
促进
K
4
Fe(CN)/K
Fe(CN)
电
对电子传递的作用。
产
sy
n
单相
实心微米球状结构,在可见光照射下显示一
定的可见光催化活性,
2.5 h
对甲基橙的降解率为
29.5%
。
2)
γ
-
峰电
流大大增强,峰电位差减小,
说明
γ
-Bi
MoO
具有较强的促进
K
Fe(CN)
/K
Fe(CN)
电对电子传递
的作用。
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