结果分析终版-钒酸铋纤维的微波水热合成及性能研究

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1、3.结果与分析3.1一次微波水热合成纤维状钒酸铋本节主要是以Bi(NO3)3·5H2O和NH4VO3为原料，以NaOH为前驱液pH调节剂，进行一次微波水热合成，将制得的粉体称为A粉体，主要目的是为了得到纤维状的形貌便于下一步的研究。(1)A粉体的XRD分析图3-1一次微波水热制备的A粉体的XRD分析图谱图3-1为一次微波水热制备的A粉体的XRD图谱。通过与标准PDF卡片进行对比发现，2θ=27.8°，2θ=28.2°对应的衍射峰与Bi2O3(JCPDSNo.52-1007)的衍射峰对应，说明粉体中有Bi2O3相的存在；2θ=32.0°对应的衍射峰与Bi7

2、VO13(JCPDSNo.44-0322)的衍射峰对应，说明粉体中有Bi7VO13存在；2θ=32°对应的衍射峰与BiVO4(JCPDSNo.78-1534)的衍射峰对应，说明粉体中有BiVO4存在。通过对衍射峰面积进行对比发现Bi2O3对应的面积比Bi7VO13、BiVO4各自对应的面积大，即Bi2O3的量比较多。因此可以确定，A粉体是由Bi2O3、Bi7VO13和BiVO4组成的混合相，Bi2O3为主晶相。A粉体的制备流程与前人所用制备BiVO4粉体的微波水热方法相同，原料中Bi源和V源都是以1:1的比例加入，只是pH不同(形成四方或单斜BiVO4的

3、前驱液pH约为1-10，本实验所用的pH为12.5-13)[13]，而如下所示为生成BiVO4的反应机理。据此可分析A粉体中混合相出现的原因可能是因为前驱液pH过大，使得反应体系中没有足够的H+，不能满足反应第一步(3-1)对H+的需要，导致大量的Bi(OH)2+堆积，使Bi:O由1:1的添加比例趋近于1:2，容易形成大量的Bi2O3，导致Bi:V偏离比例形成非计量比钒酸盐和少量的t-BiVO4。如下为形成BiVO4的反应机理：Bi3++H2O→Bi(OH)2++H+→Bi(OH)2++2H+3-1NO3-+Bi(OH)2+→BiONO3+H2O3-2B

4、iONO3+VO3-→BiVO4+NO3-3-33-3(1)A粉体的SEM分析图3-2为一次微波水热制备的纤维状A粉体的SEM图，由图(a)中可以看出，A粉体为均匀分布的扫帚状(或簇状)聚合体形貌(在SEM测试过程中也发现有少量在纤维中部进行叠加的聚合体，呈现双向簇状)。扫帚状聚合体的端部为带状纤维，呈放射状分布，辐射角为15°-20°，纤维长度大致在800-1000μm左右，尺寸分布均匀。纤维的另一端发生了层状叠加，形成了扫帚状聚合体的根部，由图(b)可以明显看出聚合体的根部有层状叠加过的痕迹，同时有少量其他片状混合相存在。由A粉体的制备得到了由均匀的

5、细纤维组成的扫帚状聚合体，基本达到了目标，而得到这种形貌很可能是受到强碱性反应条件的影响。根据上述A粉体的XRD分析可知，在强碱条件下晶相种类发生变化，即在反应初期形成的晶核便发生了变化，在随后的晶核长大过程中，便沿着纵向二维方向生长而其他方向的生长收到了限制，从而形成了带状纤维，然后这些带状纤维为降低自身的表面能在应力集中一般较多的端部进行聚集，便形成了这种扫帚状聚合体。(b)(a)图3-2一次微波水热制备的A粉体的SEM图(2)小结本节中制备的A粉体得到了由细纤维在尾部层叠而构成的扫帚状聚合体的形貌，通过XRD分析可看出，B粉体的晶相并不是BiVO4

6、，而是由Bi2O3、Bi7VO13和BiVO4组成的混合相，所以在接下来的实验中将进行实验方案的改进，得到纤维形貌的钒酸铋。3.2不同表面活性剂在辅助微波水热合成钒酸铋中的影响在本节中以A粉体为基础，添加不同的表面活性剂并进行二次微波水热合成，将制得的粉体称为B粉体，以研究表面活性剂及二次微波水热过程对晶相种类及晶体形貌的影响。ab图3-3二次微波水热制备的B粉体的XRD分析(1)B粉体的XRD分析图3-3中(a)为将不同添加量PVP作为表面活性剂进行二次微波得到的B粉体XRD图谱，图(b)为图(a)在2θ=27-33.5°的局部放大图，其中x=nPVP

7、/nBiVO4。与标准PDF卡片对比发现，B粉体依然是由Bi2O3、Bi7VO13和BiVO4组成的混合相，其中Bi7VO13的衍射峰向大角度方向发生了轻微的偏移，说明晶粒尺寸有所减小，产生了一定程度的晶格畸变。在x=0.6时，各衍射峰的峰值均有所增大。因此可以得出结论，在A粉体的基础上加入表面活性剂后进行二次微波处理，对晶相种类没有较大影响，但使得各相结晶度有所提高。因此，总的来讲PVP的加入有助于晶体的生长，其中x=0.6为最佳添加比。图3-3中(c)、(d)为将不同添加量SDBS作为表面活性剂进行二次微波得到的B粉体XRD图谱，其中y=mSDBS/

8、mBiVO4。与标准PDF卡片进行对比，发现B粉体中的晶相种类与A粉体相比没有发