Page 105 - 《精细化工》2022年第8期

第 8 期 冷 超，等: 等离子体改性 TiO 2 /WO 3 /Bi 2 WO 6 纳米复合材料及其可见光催化活性 ·1605·

烘箱中进行干燥，研磨后得三元复合材料 TiO 2 /WO 3 / 中，将一定量的样品粉末装入石英槽，并且将其置
Bi 2 WO 6 。为表述方便，在本文中 TiO 2 的质量分数记 于等离子体射流喷口处，工作气压维持在 20 Pa，
为 10.9%（即 TiO 2 的质量与合成所需五水合硝酸铋、 O 2 /Ar 流量比为 0.75。其中，O 2 为 15 SCCM（标准
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二水合钨酸钠、TiO 2 三者总质量之比）。二元复合材 状态下，cm /min），Ar 为 20 SCCM，放电电压峰值
分别设置为 0.9、1.0 和 1.1 kV，辐照处理时间均为
料 WO 3/Bi 2WO 6 的合成方法与上述相同（不添加 TiO 2
粉体），水热反应温度分别设置为 120、140、160 ℃， 5 min，为了提高样品等离子体辐照处理的均匀性，
制得产物分别表示为 120 ℃ WO 3/ Bi 2WO 6、140 ℃ 每隔 1 min 将样品取出进行搅拌处理。为方便起见，
WO 3/Bi 2WO 6、160 ℃ WO 3/Bi 2WO 6。 将等离子体改性处理后的 TiO 2 /WO 3 /Bi 2 WO 6 样品分
1.3 等离子体改性实验装置及其放电过程 别命名为 AP0.9（放电电压为 0.9 kV）、AP1.0（放
图 1a 为自制的用于材料表面改性的高密度（电 电电压为 1.0 kV）、AP1.1（放电电压为 1.1 kV）。图
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子密度高达 1.0×10 ~1.0×10 cm ）等离子体实 1b 为典型的电压-电流波形，电压波形呈现一个稳态
验装置示意图（其中，V 和 I 为等离子体放电电压和 正弦波形，幅值较小，而电流波形本质上也是一个
放电电流；AC 为交流高压电源）。系统由真空系统（真 正弦波形，放电电流最大值可达 0.1 A。此时，明亮
空室及机械泵抽气系统）、管状放电结构、混气装置 的交流辉光放电等离子体充满整个电极空间，并且
（采用气体质量流量计控制气体流量）、供电系统等构 沿着气体流动方向在石英玻璃管喇叭形端口喷出，
成，其设计参数详见本课题组之前的报道 [26-27] 。本文 从而实现对粉末样品进行等离子体改性。

1—等离子体放电电极；2—真空绝缘密封装置；3~5—石英玻璃管；6—石英槽；7—真空室
图 1 等离子体改性实验装置示意图（a）及电压电流波形图（b）
Fig. 1 Schematic diagram of plasma modification experimental device (a) and typical voltage and current waveform (b)

1.4 表征 隔 10 min 提取 1.5 mL 溶液，离心（4000 r/min，10 min）
采用 X 射线衍射仪在工作电压为 40 kV、电流 去除光催化剂。最后用波长范围为 200~1100 nm 的
为 40 mA、Cu K α 辐射（λ=0.15418 nm）下对样品进 紫外-可见分光光谱仪测得 MB 溶液的吸光度，根据
行 XRD 测量。采用场发射扫描电子显微镜观察样品 降解前后吸光度的变化可以测得 MB 溶液的浓度随
的表面形貌。采用高分辨率透射电子显微镜研究其 降解时间的变化，进而计算得出对溶液中 MB 的去
微观结构。采用 X 射线光电子能谱分析了光催化剂 除率，即 MB 的降解率。
的组成，并在 284.6 eV 处校准了 C 1s 峰，研究了元
2 结果与讨论
素的化学状态。采用稳态/瞬态荧光光谱仪测量样品
的稳态荧光发射（PL）光谱。紫外-可见漫反射光谱 2.1 WO 3 /Bi 2 WO 6 相结构及其光催化性能
（UV-Vis DRS）的测量采用附有积分球的分光光度
通过 XRD 技术对所制备的二元 WO 3 /Bi 2 WO 6
计进行。光谱分析范围为 200~800 nm，以高反射率 复合样品的晶体结构进行分析，如图 2a 所示。由图
的 BaSO 4 粉末压片作为标准参比物。 2a 观察到，所制备的二元 WO 3 /Bi 2 WO 6 复合样品的
1.5 光催化性能和光稳定性测试 衍射峰峰形基本一致，均与三斜晶相 WO 3 （JCPDS
采用 500 W 氙灯和 420 nm 截止滤光片在可见 No.32-1395）和四方晶相 Bi 2 WO 6 （JCPDS No.26-
光照射下降解亚甲基蓝（MB）来测试样品的光催化 1044）的衍射峰相对应，表明 WO 3 和 Bi 2 WO 6 成功
活性。具体步骤如下：取 0.1 g 光催化剂与 160 mL 耦合成复合纳米片 [28] 。在二元 WO 3 /Bi 2 WO 6 复合材
1 g/L MB 溶液，通过磁力搅拌进行混合并在避光条 料中没有观察到其他相或杂质的峰，说明在适当的
件下搅拌 30 min，使其达到吸附-脱附平衡。随后，每 温度范围内改变反应温度将不会影响样品的相结