鉬酸鉍薄膜的化學溶液制備技術及其性能表征

石文超（江漢大學化學與環境工程學院，湖北 武漢 430000）

鉬酸鉍等Bi2(MoO4)3(稱為α-Bismuth鉬酸),Bi2Mo2O9(稱為鉬酸β-Bismuth)和Bi2MoO6(稱為γ-Bismuth鉬酸)被廣泛用作有效的催化劑在烴類部分氧化,如生產不飽和醛的反應,不飽和腈、二烯烴、聚合物和纖維。由于其高選擇性氧化的活性較低的碳氫化合物和高導電率,尤其是對大氣中揮發性有機化合物的敏感性,所以鉬酸鉍可以作為潛在的氣體傳感器。本文以合成處理單一的Bi2(MoO4)3為例，對Bi2(MoO4)3的晶體結構和表面形態分別以XRD和AFM技術在室溫下進行光致發光性質的實驗。

1 實驗

高純硝酸鉍(Bi(NO3)·5H2O,≥99%)和鉬酸銨(4Mo7o24·6H2O，≥99.9%)被用作原材料。對溶劑、乙二醇、丙二醇進行了研究比較。硝酸鉍、鉬酸銨和Bi/Mo摩爾在相應的溶劑中比為2:3，溶解，乙二醇和丙二醇分別獲得和MoO42-和Bi3+兩種解決方案。獲得了鉬酸鉍溶膠混合以上兩種解決方案,添加醋酸，調整粘度，在室溫下攪拌1小時。然后鉬酸鉍索爾保持在40℃狀態下15個小時或更多。之后,索爾spin-coated單晶矽基板上以4000轉/分鐘的速度,然后在40～50℃晾干。然后在空氣中退火1 h，增加2℃/分鐘的速度，減少開裂[1]。

為了確保熱過程,一些溶膠在60℃10 h遵循最初的粉狀態,這是用來制造熱重量分析(TG)和差熱分析(DTA)的儀器。圖1說明了鉬酸鉍粉干的熱分解行為在100毫升/分鐘的空氣流動,加熱速率和初始質量分別是10℃/分鐘和9.991毫克。隨著溫度增加,明顯觀察到體重低于351℃,這是由于殘留溶劑的蒸發粉作用.如圖1所示。

圖1

圖1的三個放熱峰分別在274℃、312℃和348℃時出現了DTA曲線,分別對應于羧酸鹽-醇鹽分解的前兆。一步是發現在TGA曲線從406到424℃溫度范圍內,伴隨著一個放熱峰在415℃和重疊。另一個DTA曲線放熱峰在439.8℃[2]。TGA的平坦地區是在680℃。從實驗結果中可以清楚的看到，多晶鉬酸鉍形成溫度在680℃左右.

2.結果

2.1 結構

圖2顯示了鉬酸鉍薄膜的x射線衍射模式,這是分別沉積在硅(110)和退火在250～550℃1小時。

圖2

所有的材料都是源自于1，2-propanediol溶劑。從圖2中可以清楚的看到,薄膜在250℃和350℃退火非晶。觀察到的峰值來自硅(100)襯底。在450℃和550℃退火后,非晶薄膜轉換成多晶Bi2(MoO4)3薄膜。根據標準的JCPDS數據，觀察所有山峰純粹的多晶Bi2(MoO4)3粉。結果表明,一個階段的多晶Bi2Mo3O12薄膜被化學溶液獲得的過程，結果也證實為熱分解行為，也就是圖1中提到的鉬酸鉍粉干。

2.2.AFM測量

在顯微圖下AFM鉬酸鉍薄膜的表面形態，450℃燒結源自不同的溶劑。看來,溶劑會影響薄膜的形態。薄膜來源于1,2-propanediol解決方案展示一個統一的和更少的多孔微結構(Fig.4b),然而薄膜由乙二醇溶液展品多孔和粗糙表面(Fig.4a)[3]。薄膜的晶粒尺寸約為200海里。薄膜主要來自兩種溶劑,得出結論:1、2-propanediol溶劑可以有助于獲得一個緊湊和致密的薄膜。

3 結論

化學計量多晶鉬酸鉍(Bi2(MoO4)3)薄膜與爐火一直在準備階段，Si(100)基板是由化學解決方案的過程。對兩種溶劑進行了調查，結果證明溶劑會影響薄膜的形態,和1,2-propanediol溶劑聯合使用有助于獲得一個緊湊和致密的薄膜。此外，在室溫下,廣泛的發光帶峰值約為693納米時，可以觀察到的紫外線激發下的狀態。同時，化學溶液處理是一種廉價和高生產技術準備Bi2(MoO4)3薄膜，值得使用。

[1]李艷紅,成萍,許偉,吳春燕,賴欣,徐成剛,畢劍,高道江.鈦酸鹽薄膜軟化學制備技術的研究進展[J].材料導報,2008,S1:45-48.

[2]劉洋,余萍,肖定全,郭吾卿,田云飛,胡國兵.SrMoO_4 薄膜的化學溶液制備技術和發光性質研究(英文)[J].稀有金屬材料與工程,2008,S2:177-180.

[3]郭吾卿,余萍,肖定全,胡國兵,田云飛,劉洋.鉬酸鉍薄膜的化學溶液制備技術及其性能表征(英文)[J].稀有金屬材料與工程,2008,S2:192-195.