Bi2Fe4O9-石墨烯復(fù)合材料的水熱制備及光催化性能研究.pdf

1、Bi2Fe4O9材料由于其較窄的禁帶寬度并對可見光具有一定的響應(yīng)，是一種備受關(guān)注的可見光催化材料，然而其特殊的能帶結(jié)構(gòu)，限制了它的應(yīng)用。本文將具有高導(dǎo)電率的石墨烯與Bi2Fe4O9復(fù)合，采用一步水熱法制備出Bi2Fe4O9/石墨烯復(fù)合可見光催化劑，主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　1.首先對適合Bi2Fe4O9形成的溶劑進(jìn)行了選擇。由于硝酸鉍在水中極易水解，不宜做為該水熱反應(yīng)的溶劑。本文中選擇的溶劑有三種，分別為稀硝酸、乙二醇和丙酮。

2、稀硝酸的引入，有效解決了硝酸鉍的溶解問題，但大大降低了前驅(qū)體的pH值，而形成Bi2Fe4O9需要較高的pH值，故需要非常高濃度的NaOH做為礦化劑才能合成Bi2Fe4O9晶體。乙二醇做為溶劑，不僅解決了硝酸鉍的溶解問題，也在一定程度上降低了礦化劑NaOH的使用濃度。丙酮做為溶劑，更進(jìn)一步降低了礦化劑NaOH的最低使用濃度(5M)，最有利于后面復(fù)合材料的生成。
　　2.利用水熱法，以硝酸鐵、硝酸鉍和氧化石墨烯為原料，以12M的NaO

3、H溶液為礦化劑，在180℃下水熱處理3d一步合成了微米片狀Bi2Fe4O9/石墨烯復(fù)合材料。同時(shí)，氧化石墨烯在堿性水熱條件下被還原為了石墨烯。氧化石墨烯的添加量對產(chǎn)物的物相影響并不大，氧化石墨烯較大的表面能能夠誘導(dǎo)Bi2Fe4O9形成更多的晶核，從而抑制其長大，使Bi2Fe4O9微米片的尺寸較小。但當(dāng)氧化石墨烯的加入量超過5wt％時(shí)，產(chǎn)物在石墨烯片層的作用下發(fā)生了一定程度的團(tuán)聚。
　　3.經(jīng)過研究不同礦化劑濃度、水熱反應(yīng)溫度和水熱

4、反應(yīng)時(shí)間得到的復(fù)合材料的物相和形貌，解釋了Bi2Fe4O9微米片形成過程。Bi2Fe4O9生長過程遵循“溶解-形核-結(jié)晶”的生長模式：首先，前驅(qū)物Fe(OH)3和Bi(OH)3溶解；然后在石墨烯的靜電吸引力作用下，離子團(tuán)在石墨烯表面形核；最后結(jié)晶生長，生成微米片Bi2Fe4O9。
　　4.石墨烯含量對復(fù)合材料可見光催化活性影響較為明顯。隨著石墨烯含量的增加，光催化活性呈現(xiàn)先增強(qiáng)后下降的趨勢。添加量為5.0wt%的復(fù)合材料的可見光催

5、化降解活性最高，可見光催化降解反應(yīng)速率為單一相的Bi2Fe4O9粉末的13.6倍，3h對甲基紫的降解率達(dá)到95%。并且該復(fù)合材料的光學(xué)帶隙從2.0eV減小至1.68eV。電化學(xué)阻抗研究表明復(fù)合材料的電荷轉(zhuǎn)移電阻明顯小于單一相的Bi2Fe4O9材料，說明石墨烯的存在明顯增強(qiáng)了復(fù)合材料中電子-空穴對的分離速率；光致發(fā)光光譜顯示Bi2Fe4O9/石墨烯復(fù)合材料在465nm處發(fā)射峰峰強(qiáng)更低，說明復(fù)合材料中光生電子-空穴對的復(fù)合率降低。這說明石墨