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半导体Bi2O3的禁带能为2.8eV左右,能吸收较长波长的光辐射,是一种理想的半导体光催化剂。Bi2O3薄膜在光催化氧化处理有机废水时,克服了粉体难分离回收的缺点,提高了其重复使用率。本文采用溶胶-凝胶法制备纳米晶Bi2O3薄膜,通过金属离子掺杂提高其吸收光谱与太阳光谱的匹配性,从而得到高光催化活性的纳米晶Bi2O3薄膜。研究了前驱体硝酸铋、有机助剂、退火温度和金属离子掺杂等对纳米晶Bi2O3薄膜性能的影响。结果表明,金属离子掺杂后Bi2O3薄膜的光催化性能显著提高。紫外光下,15min的掺杂Cu2+和Fe3+的Bi2O3薄膜罗丹明B降解率达到98%,Co2+掺杂Bi2O3薄膜罗丹明B降解率达到97%。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和紫外可见吸收光谱(UV-Vis)等测试手段,对掺杂前后Bi2O3薄膜的晶型、晶粒大小、表面粗糙度及吸收光谱进行了分析。结果表明,所得纳米晶Bi2O3薄膜以四方相的β- Bi2O3为主晶相,并含有少量单斜相的- Bi2O3。Cu2+和Fe3+的掺杂,使得掺杂后Bi2O3薄膜的禁带能降低、UV-Vis吸收光谱强度增加,因而提高了Bi2O3薄膜的光催化活性。Co2+的掺杂,一方面使得Bi2O3薄膜表面粗糙度增加,Bi2O3晶粒细化,另一方面使得Bi2O3禁带能下降、UV-Vis吸收光谱强度增加,从而提高了Bi2O3薄膜的光催化活性。通过光催化降解试验对罗丹明B初始浓度和光催化降解速率进行测定和分析,探讨了溶胶凝胶法所得纳米晶Bi2O3薄膜的光催化降解反应动力学。结果表明,掺杂前后Bi2O3薄膜对罗丹明B的降解都符合Langmuir-Hinshlwood反应动力学方程,掺杂前后所得Bi2O3薄膜对10mg·L-1的罗丹明B的降解反应符合表观一级动力学方程。Cu2+和Co2+掺杂使Bi2O3薄膜光催化降解罗丹明B的表观反应速率常数提高了4倍,而Fe3+使掺杂Bi2O3薄膜光催化降解罗丹明B的表观反应速率常数提高了3.6倍。