论文总字数：19845字

摘 要

近年来，随着人口的增长和工业的发展，能源危机和环境问题变得日益严重。光催化技术作为一种解决能源和环境问题的理想绿色技术引起了人们的重视。BiFeO₃具有三角扭曲的钙钛矿结构，由于其特殊的结构和较好的光催化性能，在光催化领域引起了国内外研究的关注。

为了制备纯相的BiFeO₃粉体，更好研究铁酸铋的光催化性能，本文采用水热合成法制备出BiFeO₃粉体样品，利用XRD、SEM和可见漫反射光谱方法对BiFeO₃粉体物相和形貌进行了表征以及模拟可见光对BiFeO₃粉体进行光催化性能研究。研究的主要内容及结论如下：

1．采用水热合成法制备BiFeO₃粉体，以Bi(NO₃)₃·5H₂O，Fe(NO₃)₃·9H₂O为主要原料，通过改变不同的水热时间和KOH浓度，分析不同反应条件对粉体的影响。利用XRD图谱分析和可见漫反射分析：结果表明在200℃，水热6 h，KOH浓度为8mol/L制备出纯相BiFeO₃粉体，BiFeO₃的禁宽带是2.20eV。

2．在水热合成过程中，加入矿化剂KNO₃，制备出样品。利用SEM分析，结果表明：加入矿化剂制得的BiFeO₃粉体更加精细。

3．以罗丹明B为目标降解物，模拟可见光照射对BiFeO₃粉体样品进行光催化实验，结果表明：在可见光下，BiFeO₃粉体具有光催化性能，加入矿化剂KNO₃的光催化效果更好。

关键词：BiFeO₃ 水热合成法 表征 光催化

Preparation and Properties of Materials BiFeO₃

Abstract

In recent years, along with population growth and industrial development, the energy crisis and environmental problems become more serious. Photocatalytic technology as a solution to energy and environmental issues ideal green technology attracted attention. BiFeO₃ perovskite structure having a triangular twist, due to its special structure and good photocatalytic properties, in light catalysis caused concern home and abroad.

For the preparation of pure phase BiFeO₃ powder, photocatalysis Iron bismuth better performance, the paper prepared by hydrothermal synthesis of BiFeO₃ powder samples by XRD, SEM, visible diffuse reflectance spectroscopy to BiFeO₃ powder phase and morphology characterization and simulation visible to BiFeO₃ powders Photocatalytic performance. The main contents and conclusions are as follows:

1. Prepared by hydrothermal synthesis BiFeO₃ powder to Bi (NO₃) ₃ • 5H₂O, Fe (NO₃) ₃ • 9H₂O as the main raw material, by varying the different hydrothermal time and KOH concentration, analysis of different reaction conditions on powder. Analysis by XRD patterns and visible diffuse reflectance analysis: The results show that 200 ℃, hydrothermal 6 h, KOH concentration 8mol/L was prepared BiFeO₃ pure phase powder, ban of broadband BiFeO₃ is 2.20eV.

2. In the hydrothermal synthesis process, adding mineralizing agent KNO₃, prepared samples. By SEM analysis showed that: mineralized agent prepared BiFeO₃ finer powder.

3. Rhodamine B as the target degradation, simulated BiFeO₃ powder samples of visible light photocatalytic experimental results showed that: in visible light, BiFeO₃ powder having photocatalytic properties, and better mineralized agent KNO₃ photocatalytic effect.

Keywords: BiFeO₃ ; Hydrothermal sy·nthesis; Characterization; Photocatalytic

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1课题研究背景 1

1.2 BiFeO₃概述 1

1.2.1 BiFeO₃的结构 1

1.2.2 BiFeO₃的性质 2

1.3 BiFeO₃材料的制备方法 2

1.3.1水热法 2

1.3.2溶胶-凝胶法 3

1.3.3共沉淀法 4

1.3.4磁控溅射法 4

1.3.5 草酸盐先驱体法 5

1.4 BiFeO₃的应用 5

1.4.1铁电和压电领域 5

1.4.2自旋电子领域 5

1.4.3光催化领域 6

1.5 BiFeO₃的光催化机理 6

1.6影响BiFeO₃光催化性能的因素 8

1.6.1光生电子-空穴 8

1.6.2 光催化剂粒径尺寸 8

1.6.3光催化剂投加量 9

1.6.4溶液pH值 9

1.7本论文研究的主要目的及内容 10

1.7.1 研究目的 10

1.7.2 研究内容 10

第二章 实验内容与方案 11

2.1 主要试剂和药品 11

2.2 实验方法 11

2.2.1 BiFeO₃样品的制备 11

2.2.2 光催化实验 12

2.2.3 样品表征 12

第三章 实验结果及分析 13

3.1物相分析 13

3.2形貌分析 14

3.3漫反射分析 14

3.4光催化性能研究 15

第四章 结论与展望 16

4.1 结论 16

4.2 展望 16

参考文献 18

致谢 21

第一章 绪论

1.1课题研究背景

随着全球工业化的迅速发展，资源过度开发和环境污染问题越来越严重，生态平衡遭到严重破坏。治理污染、保护环境、维持生态平衡和实现可持续发展已成为当今国际社会的共识。污染物处理和空气净化等也成为各国科研工作者的重要研究内容。半导体光催化不仅有速度快、无选择性、降解完全等优点，又在能耗、重复使用、无二次污染等方面明显优于传统化学氧化法和高温焚烧法，因而成为污染物处理和空气净化等领域引人瞩目和可能广泛应用的新技术。而在众多半导体中，半导体TiO₂因其氧化能力强、催化活性高、物化性质稳定，且价廉、无毒，使其在废水处理、空气净化、杀菌自洁等方面一直处于研究的核心地位。然而，TiO₂ 是宽带隙半导体（锐钛矿型TiO₂ 带隙为3.2eV）^[10,12]，需要紫外光才能激发。而太阳光中的紫外光不到5%，人造紫外光能耗和成本又高，这极大地限制了半导体TiO₂ 光催化的实际应用。因此，探求总量子效率高、能充分利用太阳能光催化降解污染物的掺杂TiO₂ 以及窄带隙半导体光催化剂制备和应用，已成为材料学、化学和环境科学等领域科研工作者广泛关注和研究的热点课题。

BiFeO₃ 具有三方扭曲的钙钛矿结构，在室温下同时具有铁电有序和G ^[11]型反铁磁有序两种结构，是少数在室温下同时具有铁电性和铁磁性的铁磁电材料之一，在信息存储、传感器和自旋电子器件等方面都有潜在的应用前景。同时，BiFeO₃ 做为一种新型的窄带隙半导体在可见光催化方面也具有广泛的应用前景。

1.2 BiFeO₃概述

1.2.1 BiFeO₃的结构

自从1957年Royen和Swars首次制备了BiFeO₃，人们就开始了关于BiFeO₃结构和应用方面的研究。室温下BiFeO₃的结构如图所示，具有三角钙钛矿结构，是一种典型的单相铁磁电材料，也是少数在室温下同时具有铁电性和磁性的材料之一，间群为R3c，晶格常数为a=b=c=5.63Å和α=β=γ=59.40Å。室温下呈反铁磁有序（尼尔温度为380℃）和铁电有序（居里温度为810℃ ）^[1,2]。

请支付后下载全文，论文总字数：19845字