鐵酸鉍納米材料的化學合成、表征及其光電轉(zhuǎn)換與光催化特性.pdf

1、BiFeO3在室溫是單相多鐵材料，BiFeO3和Bi2Fe4O9近年來受到材料科學與凝聚態(tài)物理領域科學家的極大關注。合成純相的BiFeO3或Bi2Fe4O9相當困難，這阻礙了人們對其本征特性的研究。本論文用化學共沉淀法合成了多種形貌的純相BiFeO3和Bi2Fe4O9納米晶，研究了它們的微觀結(jié)構(gòu)和生長機制、光學性能和能帶結(jié)構(gòu)、光電轉(zhuǎn)換與光催化以及Fenton-like（類芬頓）效應。
　　 選用NaOH和NH4OH為沉淀劑，用共

2、沉淀法合成了純相的BiFeO3和Bi2Fe4O9納米晶，包括BiFeO3和Bi2Fe4O9納米顆粒、BiFeO3納米片、Bi2Fe4O9納米棒、以及BiFeO31納米方塊。透射電鏡觀察表明，Bi2Fe4O9納米棒橫向尺寸100-200nm，長約0.2-2μm，納米棒沿[001]方向生長，其側(cè)面為(110)和(110)。分析認為，沉淀劑中的OH-離子吸附使Bi2Fe4O9納米棒生長遵循取向連接機制。BiFeO3納米薄片屬菱方畸變鈣鈦礦結(jié)構(gòu)

3、，面內(nèi)尺寸50-200nm，有較大的比表面積58.3m2g-1。
　　 紫外可見吸收譜結(jié)果表明，BiFeO3納米顆粒和納米片在可見光區(qū)有較好吸收，其帶隙分別為1.93eV和1.99eV。Bi2Fe4O9納米棒的雙帶隙分別為2.05eV和1.53eV?？梢?，半導體BiFeO3和Bi2Fe4O9的帶隙較窄，能有效吸收太陽光。
　　 研究了BiFeO3和Bi2Fe4O9納米晶的光電轉(zhuǎn)換性能。結(jié)果表明，在模擬日光和可見光的照射下

4、，BiFeO3納米顆粒的光電流密度分別為39和33μA/cm2。其可見光光電流密度高于已報道的用相同方法測量的BiFeO3納米晶(～5.2μA/cm2)。首次報道了Bi2Fe4O9納米晶的光電轉(zhuǎn)換性能。在全光和可見光照射下，Bi2Fe4O9納米顆粒的光電流密度分別為41和35μA/cm2，Bi2Fe4O9納米棒的光電流密度分別為47和37μA/cm2。Bi2Fe4O9納米棒的光電轉(zhuǎn)換效率最高，源于其帶隙合適和對可見光具有高活性的(110

5、)和(110)側(cè)面的外露比重大;另外，其小尺寸和規(guī)則外形也有利于電子和空穴的傳輸，減少了電子和空穴的復合幾率，從而提高了光電轉(zhuǎn)換效率?？梢姡珺iFeO3和Bi2Fe4O9納米晶在太陽能電池光電極、光解水制氫等方面有誘人的應用前景。
　　 研究了BiFeO3和Bi2Fe4O9納米晶的光催化與類Fenton效應，即測量了納米晶在可見光輻照或(和)H2O2作用下對羅丹明B(RhB)的催化性能。發(fā)現(xiàn)BiFeO3納米片的催化能力高于其納米

6、顆粒。BiFeO3(或Bi2Fe4O9)+H2O2構(gòu)成新型類Fenton試劑，能有效降解RhB;在可見光照射和中性條件下，反應6h后，BiFeO3納米片類Fenton試劑對RhB的降解率最高，達93％。Bi2Fe4O9納米顆粒和納米棒在可見光或H2O2作用下對RhB的降解能力不同。用可見光照射Bi2Fe4O9+H2O2時，Bi2Fe4O9納米顆粒構(gòu)成的類Fenton試劑降解率增強為54％，而納米棒構(gòu)成的試劑降解率下降至49％?？梢?，Bi