BiFeO_3光催化剂的制备及其改性研究

【摘要】本文首先研究了前驱物中Bi3+/Fe3+离子浓度对水热法制备的BiFeO3微晶的影响。分析了样品的光吸收性质和室温下的磁性；其次通过改变水热法的反应时间,制备出BiFeO3类圆柱状颗粒。最后通过改变水热法前驱物中KOH的浓度,制备出不同形貌和尺寸的BiFeO3样品,考察了产物的光催化性能,并通过Ag纳米颗粒修饰的方法提高样品的光催化活性；主要结果如下：一、实验发现,样品的纯度和微观形貌与Bi3+/Fe3+离子浓度密切相关。Bi3+/Fe3+离子浓度在0.025M到0.0625M之间时,可以获得纯相的BiFe03。Bi3+/Fe3+离子浓度为0.025M和0.0625M时,产物分别是粒径分布在100-200nm之间的立方体形颗粒和粒径分布在500-600nm之间的八面体形颗粒。当Bi3+/Fe3+离子浓度为0.0375M和0.05M时,所得样品分别为粒径在30-40μm范围内的球状团聚体和不规则的花状聚集体,这些大的聚集体都是由几百纳米的不规则颗粒组成。这些样品具有相似的带隙约为2.2eV,同时它们在室温下都显示出反铁磁性。二、通过水热法制备出BiFeO3类圆柱状颗粒。SEM观察发现,随着水热反应时间由6h增加至15h,圆柱体得高度从～0.7μm生长至～4.1μm。而它们的直径保持在3.7-3.8μm之间。这些圆柱体主要由粒径约为100-150nm的类球状颗粒构成。本文提出了BiFeO3类圆柱状颗粒的生长机理。在模拟太阳光的照射下,通过对酸性橙7(A07)的降解研究了BiFeO3类圆柱状颗粒的光催化活性。结果表明：BiFeO3类圆柱状颗粒具有较好的光催化活性。同时BiFeO3类圆柱状颗粒在室温下表现出反铁磁性。三、当KOH的浓度分别为3M,4.5M,6M和7.5M时,其产物分别为八面体形颗粒(粒径分布在500-600nm之间),立方体形颗粒(粒径分布在200-500nm之间),由类盘状颗粒(直径在1.4-2.8μm范围内,厚度为～0.2μm)组成的不规则球形团聚体(粒径分布在9-16μm之间)和长方体形颗粒(长宽比在1.4：1-3.5：1范围内且宽度分布在80-280nm之间)。采用化学还原法将Ag纳米颗粒沉积在BiFe03样品表面。在模拟太阳光的照射下以罗丹明B为目标降解物,考察产物的光催化活性。实验结果表明,Ag修饰的BiFeO3样品较BiFeO3颗粒具有更高的光催化活性。这主要是由于BiFeO3导带上的光生电子可以有效的迁移到Ag纳米颗粒上,因此使更多的光生空穴参与到光催化反应中。以对苯二甲酸为探测剂,通过荧光分析法检测了光照下BiFeO3和Ag@BiFeO3颗粒羟基自由基的产量,发现后者较前者产生更多的羟基自由基。
【作者】邸丽景；
【导师】杨华；
【作者基本信息】兰州理工大学，凝聚态物理，2014，硕士
【关键词】BiFeO3；光催化；水热法；生长机理；沉积银；

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