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不同形貌钒酸铋纳米材料的可控制备及光催化性能研究
随着环境污染问题的日益严重，寻找高效、环保的污染治理方法成为了当前重点研究领域之一。其中，光催化技术因其高效、无副产物、易操作等优点，正受到越来越多的关注和研究。而作为一种重要的光催化剂材料，氧化物纳米材料的制备和优化也是研究的焦点之一。
近年来，钒酸铋（BiVO4）被广泛研究作为光催化剂材料。钒酸铋具有优良的光催化性能、良好的稳定性和光学特性等特点，因此其被认为是一种潜在的光催化剂材料。同时，不同形貌的钒酸铋纳米材料也因其特殊的结构和相互作用，具有更好的催化性能和光性能。因此，如何制备不同形貌的钒酸铋纳米材料，并对其光催化性能进行研究，已成为了当前研究的热点问题之一。
本文综述了当前主要的制备方法及其优缺点，并结合实验结果对不同形貌的钒酸铋纳米材料的光催化性能进行了比较和分析。
一、钒酸铋基本特性
钒酸铋是一种四面体晶系半导体氧化物。其晶体结构与重晶石结构相似，属于ABX4型结构，其中A为Bi，B为V，X为O。钒酸铋晶体结构中Bi原子占据了结构中心，四个V原子分别连接四个O原子构成四面体，Bi-O和V-O之间的键长趋于相等，因此BiVO4晶体的结构具有较高的稳定性。同时，钒酸铋材料具有良好的可见光吸收性能，因而显示出了优势的光催化活性。
二、制备方法
1.水热法制备钒酸铋纳米材料
水热法制备是制备纳米材料的一种常用方法，通过调节反应条件，利用水的物理性质，达到纳米材料形成、控制尺寸和形貌的目的。水热法制备钒酸铋纳米材料步骤如下：
（1）在热水中加入Bi（NO3）3和NH4VO3，得到混合溶液。
（2）将混合溶液转移到安和罐中，放入高压釜中，在160~220℃，24~72h的反应条件下进行水热反应。
（3）将反应产物用去离子水洗涤、蒸干，得到钒酸铋纳米材料。
水热法可以控制钒酸铋纳米材料的形貌，如球形、立方体、八面体、四面体等；同时也可以通过控制反应参数调控其光催化性能。
2.模板法制备钒酸铋纳米材料
模板法制备钒酸铋纳米材料是通过利用聚合物或无机氧化物作为模板，在模板内部合成纳米材料，再通过模板转化去除模板而得到精细的纳米结构。模板法制备钒酸铋纳米材料步骤如下：
（1）选择要用作模板的原材料，并进行预处理。
（2）将钒酸铋离子与模板原材料接触，得到反应体系。
（3）将反应体系放入适当条件的催化反应器中，反应一定时间后获得钒酸铋纳米材料。
模板法制备的钒酸铋纳米材料形状、大小以及光催化性能可以通过选择不同的模板材料得到调控，但是模板法制备钒酸铋纳米材料需要使用一定量的模板材料，浪费模板材料。
3.溶剂热法制备钒酸铋纳米材料
溶剂热法是制备纳米材料的一种有效方法，包括常压溶剂热法和高压溶剂热法。常压溶剂热法简单易行，反应可控性好；高压溶剂热法则利用高压下浸入反应体系中的物质溶解，传递到材料-溶剂界面，控制粒子大小和分布状态。溶剂热法制备钒酸铋纳米材料步骤如下：
（1）将Bi（NO3）3和NH4VO3按一定比例溶解在乙二醇中，生成混合溶液。
（2）将混合溶液加入具有相应的稳定分散性的表面活性剂水溶液中，并用超声波处理混合液，形成为混合物。
（3）将混合物放入恒温恒压条件下的反应容器中，反应冷却。
（4）离心洗涤，使得钒酸铋纳米材料纯化、干燥。
溶剂热法制备的钒酸铋纳米材料具有良好的分散性和稳定性，同时也能够控制纳米材料的形貌和尺寸，但其制备过程较为复杂。
三、钒酸铋纳米材料的光催化性能
不同形貌的钒酸铋纳米材料具有各自不同的光催化性能。
1.球形钒酸铋纳米粒子
球形钒酸铋纳米粒子表现出较高的光催化活性，其中1D纳米线形成的三维球形结构表现出更高的活性和较小的反应活化能。一些研究表明，球形结构的钒酸铋纳米粒子表现出了良好的可见光催化性能，可拓宽其应用领域。
2.八面体钒酸铋纳米晶体
八面体钒酸铋纳米晶体表现出了高的可见光催化活性及光稳定性，且具有较高的电化学催化性能和小的反应间隙。研究表明，八面体结构的钒酸铋纳米晶体表现出了优良的光吸收性能和高的可见光催化效果。
3.树枝状钒酸铋纳米片
树枝状钒酸铋纳米片由许多晶体生长方向范围广的纳米片组成，表面光合活性明显，比球形结构的纳米颗粒和其他形状的纳米结构表现出更高的可见光催化效果。树枝状钒酸铋纳米片具有小的晶粒尺寸和高的晶体缺陷密度，因而更加优良的光催化效果。
四、总结
综上所述，钒酸铋纳米材料是一种潜在的光催化剂材料。通过控制制备过程，可以实现钒酸铋纳米材料的不同形貌和尺寸，从而得到不同的催化性能。其中水热法、模板法和溶剂热法是三种常用的制备方法。此外，不同形貌的钒酸铋纳米材料具有不同的光催化性能，形貌优越的材料显示出更大的优势。因此，通过综合分析比较不同形貌钒酸铋纳米材料的制备方法和光催化性能，可以实现对钒酸铋纳米材料制备和优化的指导