水熱法制備鉍鐵系化合物及其光催化性能研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著人口的增長(zhǎng)和工業(yè)的發(fā)展，能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題變得日益嚴(yán)重。以半導(dǎo)體為催化劑，可以利用太陽(yáng)光將有機(jī)污染物氧化分解成無(wú)機(jī)物。因此，光催化技術(shù)作為一種解決能源和環(huán)境問(wèn)題的理想綠色技術(shù)引起了人們的高度重視。TiO2是目前被研究最廣泛的半導(dǎo)體光催化劑，被廣泛研究和應(yīng)用于降解有機(jī)污染物、裂解水制氫、空氣凈化和殺菌等方面。但是TiO2的帶隙較寬(3.2eV)，僅能吸收利用太陽(yáng)光中波長(zhǎng)小于380nm的紫外光，而太陽(yáng)光譜中僅含有不到4％的紫外線

2、，這就極大地限制其在環(huán)境凈化實(shí)際中的應(yīng)用。雖然通過(guò)對(duì)TiO2的摻雜和改性可使其吸收波段向可見(jiàn)光區(qū)移動(dòng)，但其光催化效率仍不理想。因此，開(kāi)發(fā)高效利用太陽(yáng)光的可見(jiàn)光響應(yīng)光催化材料，是當(dāng)前半導(dǎo)體光催化技術(shù)研究的一個(gè)重要方向。
　　 本文采用水熱合成技術(shù)制備鉍鐵系化合物，并對(duì)其可見(jiàn)光輻照下的光催化性能進(jìn)行了研究，其主要內(nèi)容包括:
　　 (1)將水熱合成技術(shù)與溶膠-凝膠法相結(jié)合，首次用于制備BiFeO3粉體，通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)前驅(qū)體和礦化

3、劑濃度，可以獲得具有不同尺寸和形貌的BiFeO3粉體。使用溶膠作為前驅(qū)體時(shí)，可以獲得微米尺寸的球形和立方塊狀的BiFeO3粉體;使用凝膠作為前驅(qū)體則可以獲得亞微米尺寸的BiFeO3顆粒。Ostwald熟化機(jī)制主導(dǎo)了晶體生長(zhǎng)的整個(gè)過(guò)程，而OH-所導(dǎo)致的沿不同方向生長(zhǎng)速率上的差異，則是形成立方塊狀BiFeO3粉體的根本原因。BiFeO3的紫外-可見(jiàn)吸收光譜和樣品降解甲基橙溶液的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，BiFeO3材料是一種可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化劑。

4、>　　 (2)采用靜電紡絲技術(shù)結(jié)合水熱法，首次制備出具有核殼結(jié)構(gòu)的一維BiFeO3@C復(fù)合材料，通過(guò)調(diào)節(jié)水熱合成過(guò)程中葡萄糖溶液的濃度，可以實(shí)現(xiàn)BiFeO3纖維表面碳層的厚度可控。BiFeO3@C復(fù)合材料樣品在可見(jiàn)光下對(duì)甲基橙的降解效果明顯強(qiáng)于BiFeO3纖維樣品。BiFeO3@C復(fù)合材料樣品中的碳，在提高BiFeO3纖維樣品吸收光子能力的同時(shí)，還可以增強(qiáng)材料對(duì)甲基橙分子的吸附能力，并且能夠促進(jìn)光生電子-空穴對(duì)的分離，因而極大地提高了

5、材料的光催化活性。BiFeO3@C復(fù)合材料不僅具有優(yōu)異的光催化性能，還可以重復(fù)使用而不削弱其光催化活性，并且易于回收，因此該材料作為一種可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化劑，在環(huán)境污染治理領(lǐng)域有很大的應(yīng)用潛力。
　　 (3)利用水熱合成技術(shù)，首次嘗試添加無(wú)機(jī)鹽作為輔助礦化劑調(diào)節(jié)Bi2Fe4O9晶體的形貌和尺寸。無(wú)KNO3添加時(shí)Bi2Fe4O9樣品由亞微米尺寸的顆粒組成，且具有良好的分散性;添加KNO3作為輔助礦化劑時(shí)，產(chǎn)物則為微米尺寸的棒狀Bi

6、2Fe4O9晶體。TEM測(cè)試結(jié)果表明，棒狀Bi2Fe4O9晶體是沿[001]方向取向生長(zhǎng)的。研究表明，棒狀Bi2Fe4O9晶體是通過(guò)Ostwald熟化機(jī)制實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)大的，NO3-的“位阻”效應(yīng)導(dǎo)致了晶體的一維棒狀形貌。Bi2Fe4O9晶體的紫外-可見(jiàn)吸收光譜和樣品降解甲基橙溶液的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Bi2Fe4O9晶體是一種潛在的可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化材料。
　　 (4)采用溶劑熱合成技術(shù)，首次使用無(wú)水乙醇與水的混合溶液作為溶劑制備出純相Bi

7、2Fe4O9粉體。詳細(xì)研究了溶劑對(duì)產(chǎn)物相結(jié)構(gòu)和形貌的影響，以及棒狀和帶缺陷的立方塊狀Bi2Fe4O9晶體的形成過(guò)程。通過(guò)調(diào)節(jié)溶劑中無(wú)水乙醇與水的比例，可以獲得棒狀和立方塊狀的Bi2Fe4O9晶體。研究結(jié)果表明，在離子濃度更高的溶劑中易于獲得棒狀Bi2Fe4O9晶體，同時(shí)Bi2Fe4O9晶體的各向異性也是一個(gè)重要因素。由于顆粒尺寸較大、比表面積較小和禁帶寬度相對(duì)較小等原因，棒狀Bi2Fe4O9晶體的光催化活性較弱。
　　 (5)采