1 实验部分
　　1.1 样品制备
　　利用溶胶-凝胶法合成了纯铁酸铋(BFO)、锰掺杂铁酸铋(BFMO，5% Mn)、锌锰共掺杂铁酸铋(BiFe0.95 - xMn0.05ZnxO3，x =0.025、0.050、0.075、0.100) 纳米粉体， 分别记为BFO、BFMO、BFMZO-1、BFMZO-2、BFMZO-3、BFMZO-4。将不同物质的量比的硝酸铋[Bi(NO3)3·5H2O]、硝酸铁[Fe(NO3)3·9H2O]、乙酸锌、乙酸锰溶解于乙二醇溶剂中，剧烈搅拌2 h，直到获得均一透明的红棕色溶液。将溶液静置陈化24 h得到溶胶。将溶胶在80 ℃干燥72 h 获得干溶胶。将干溶胶在400 ℃预烧0.5 h、600 ℃退火30 min，经研磨获得Zn、Mn 共掺杂的铁酸铋纳米粉体。
　　1.2 样品检测
　　BFO 系列样品XRD 测试采用D8 ADVANCE型X 射线衍射仪。BFMZO 样品XPS 测试采用ESCALAB 250Xi 型X 射线光电子能谱仪。BFMZO 样品形貌测试采用S-4800 扫描电镜。BFO 系列样品吸光度测试采用UV2550 紫外可见分光光度计(使用积分球附件)，利用Kubelka-Munk 方程将漫反射谱转换为吸光度。BFO 系列样品磁性测试采用7404型振动样品磁强计。样品光催化实验在实验室搭建的光催化实验平台上进行。光催化实验采用50W 氙灯作为光源， 用50 mg BFO 系列粉体降解质量浓度为20 mg/L 的亚甲基蓝溶液，并加入100 μL 双氧水以加速光催化反应。光照之前将BFO 系列催化剂和染料溶液在暗处搅拌30 min 达到吸附-脱吸附平衡，随后在光照条件下每隔5 min 取样3 mL，离心取上层清液，测量亚甲基蓝染料位于665 nm 波长的吸光度，计算亚甲基蓝的质量浓度。以t 时刻亚甲基蓝质量浓度ρt与亚甲基蓝初始质量浓度ρ0之比随时间下降的曲线来表征光催化降解过程。
　　2 结果与讨论
　　2.1 XRD 表征
　　样品XRD 谱图与标准谱图JCPDS 86-1518 一致，仅在2θ=27°附近有微弱杂峰， 因此可以认为样品为含有少量Bi5FeO9杂质的BiFeO3粉体。Bi5FeO9是铁酸铋烧结过程中产生的一种典型的衍生物。样品XRD 谱图峰型比较尖锐， 得知样品的结晶度较好;Mn 掺杂以及Zn、Mn 共掺杂均使得BFO 的晶相发生了改变，这些样品XRD 谱图中有一系列谱峰发生了合并，例如(104) 和(110)、(006)和等。根据文献可知，掺杂导致了样品从BFO 的R3c 三角结构到P4mm 正交结构的改变。
　　2.2 XPS 表征
　　为确定BFMZO 粉体中Bi、Fe、Zn、Mn 等元素价态，对BFMZO-1 粉体进行了XPS 测试。Bi 4f 两个发射峰位于159.7 eV 和165.1 eV，通过查询结合能对照表可以确定Bi 在BFMZO 中以Bi3+形式存在。Fe 2p 两个发射峰位于711.1 eV 和724.7 eV，且没有发现与Fe2+相关的发射峰，因此可以确定BFMZO 中铁以Fe3+形式存在。Mn 2p两个发射峰位于642.1 eV 和653.6eV，这与Mn4+发射峰一致，因此可以认为BFMZO中Mn 以+4 价存在。Zn 两个发射峰位于1 021.3 eV 和1 044.4 eV， 这两个峰可以被确认为Zn 2p 的两个发射峰，BFMZO 中Zn 为+2 价。
　　2.3 SEM 表征
　　不同Mn、Zn 掺杂比例制得铁酸铋粉体颗粒尺寸为50~100 nm。纯铁酸铋粉体由不同尺寸的形状不规则的纳米颗粒组成，最小颗粒尺寸约为30 nm。样品的微观形貌与未掺杂铁酸铋没有显著区别，说明5%Mn 掺杂对铁酸铋粉体形貌的影响较小。BFMZO-1 样品颗粒的大小约为70 nm，形状比较规则。比较a、b、c 观察到，BFMZO-1 样品粒子平均尺寸大于BFMO 和BFO 样品粒子尺寸;BFMZO-1 样品显微形貌与BFO、BFMO 样品显微形貌有较大差异。从不同掺杂比例样品显微形貌可知，样品均为纳米尺度颗粒， 较小的颗粒尺寸也意味着样品具有较大的比表面积和更好的吸附能力，对增强光催化活性有利。
　　2.4 磁性表征
　　铁酸铋具有微弱反铁磁性，其饱和磁化强度约为1 A·m2/kg;Mn 掺杂能增强BiFeO3磁性，BFMO 粉体相对于BFO 粉体具有较高的饱和磁化强度、较大的剩余磁性和矫顽力，这一结果与文献报道结果一致; 但是，Zn 引入会显著影响BFMO 的磁性， 随着Zn 掺杂比例增加，BFMO 的磁性向着顺磁方向靠近， 当Zn 掺杂比例为7.5%时，BFMZO 的磁性达到最弱。5%Mn 掺杂BiFeO3的磁性增强， 应该归因于Mn 自身的磁矩以及电荷补偿的效果。仅2.5%Zn 掺杂即使得BFMO 饱和磁化强度发生明显下降，Zn 掺杂量达到7.5%时BFMZO 磁性最弱，而Zn 掺杂比例为10%时磁性稍有增强。这是因为，引入的Zn2+具有抗磁性，并且Zn2+掺杂改变了BiFeO3的纳米粒子尺寸。
　　2.5 光吸收性质和带隙
　　由不同比例掺杂Zn、Mn 制得BFO 系列粉体紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)可知，掺杂样品在可见光区的吸光度相对于纯BiFeO3样品得到明显增强，并且带隙宽度也有所减小。这可能是由于掺杂元素在氧八面体中的电荷转移导致光吸收增强。而掺杂样品较强的光吸收性能可以提高其在光催化降解反应中的效率， 光催化降解亚甲基蓝的实验也证实了这一点。
　　2.6 光催化反应
　　在35 min 可见光照射时间内，纯铁酸铋、Mn 掺杂铁酸铋以及Zn、Mn 共掺杂铁酸铋与H2O2协同作用，均可有效降解亚甲基蓝染料。但不同样品光催化效率存在差异：纯铁酸铋加H2O2在35 min 内降解约90%亚甲基蓝;Mn 掺杂铁酸铋在35 min 内降解约95%亚甲基蓝;Zn、Mn 共掺杂铁酸铋光催化受Zn 掺杂比例影响，其中2.5%Zn 掺杂样品在35 min 内降解约99%亚甲基蓝。但是随着Zn 掺杂量增加，BFMZO样品光催化效率总体在降低，5%、7.5%和10%掺杂样品仅分别降解了56%、52%和62%有机染料。为证明亚甲基蓝降解是由BFMZO 光催化剂和H2O2共同作用的结果，进行了亚甲基蓝在光照下自分解、H2O2+光照降解亚甲基蓝以及未添加H2O2条件下BFO+光照降解亚甲基蓝实验。在仅有光照条件下亚甲基蓝非常稳定，几乎不发生光致分解，35 min 实验其质量浓度仅下降了约2%;单独添加H2O2和BFO 粉体对亚甲基蓝光降解效果也不明显， 仅使得亚甲基蓝质量浓度分别下降了5%和22%。由此可知，H2O2无法单独与亚甲基蓝反应，而BFO 粉体降解效果差的原因可能是由于催化剂存在比较高的电子空穴复合率。当BFMZO 粉体和H2O2共同作用时，对亚甲基蓝降解效果有非常显著的提升。可能的降解机理如上所述，BFMZO 粉体和H2O2共同作用降解亚甲基蓝过程可分为两步：第一步为反应(1)和(2)，第二步为反应(3)所示的典型光-芬顿反应过程。Zn 掺杂导致样品催化效率改变可从以下几个方面来解释。Zn 掺杂可使得样品颗粒表面缺陷增加，降低电子-空穴复合率，从而提高光催化效率，这可能是2.5%Zn 掺杂BFMZO 催化效果得到增强的原因。而随着Zn 掺杂量增加，样品光催化活性减弱， 则可能是由于掺杂导致铁酸铋晶格发生较大畸变，导致样品催化活性受到影响。
　　3 结论
　　利用溶胶-凝胶法，以乙二醇为溶剂，在600 ℃烧结合成了Zn、Mn 共掺杂铁酸铋纳米粉体。掺杂使得样品晶体结构发生了改变，从铁酸铋的R3c 三角晶型转化成BFMZO 的P4mm 立方晶型。样品的磁性测试结果显示，Mn 掺杂可以增强铁酸铋的磁性，而Zn 掺杂则会使铁酸铋的磁性减弱。Mn 掺杂或者Zn、Mn 共掺杂均可以改善铁酸铋的可见光吸收性能。对样品的光催化测试结果显示，5%Mn、2.5%Zn掺杂的BFMZO 样品具有最好的光催化活性。