雪花状纳米α-Fe2O3的可控合成及其光催化性能

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光催化降解在环境治理、水质污染防治和太阳能转换等领域应用广泛,α-Fe2O3具有低成本、稳定和带隙窄的特点,由于α-Fe2O3廉价易得、安全无毒,尤其是改性后的纳米材料在光催化方面存在巨大应用潜力,因此α-Fe2O3纳米材料是研究降解有机染料等有机大分子的发展方向之一.避免使用有机溶剂和非水溶剂对人体及环境可能造成的危害以及溶剂干扰问题,我们采用一般简单水热技术.通过构筑二元聚集体作为前体,在探索前体与聚合物、温度及时间相关性的过程中,进一步可控合成得到高质量α-Fe2O3纳米雪花结构,展现良好的磁性性质和较高的矫顽力,最终一系列光催化实验结果表明:α-Fe2O3纳米雪花对有机染料表现出可比于其他学者报道的光催化效果.二元聚集体的形成不仅能够显著改变超分子聚合物、金属配体之间的键合结构、原本周围的环境,而且可以实现对特定配合物结构或性能的微调,从而对金属氧化物实现微调.该过程方法简单高效且快速节能,反应条件温和、不使用有机溶剂等,可以拓展性的推广到通过高效便捷的途径合成其它超分子二元聚集体和金属氧化物纳米材料.本论文包含三方面内容:1)α-Fe2O3纳米雪花的可控合成,以及二元聚集体构筑金属氧化物材料研究;2)α-Fe2O3纳米雪花的磁性性质;3)α-Fe2O3材料的光催化降解性能研究.第一部分包含以下内容:通过制备由聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和亚铁氰化钾(PF)非共价结合形成的二元聚集体,采用简便的一步水热法,在393 K水热6 h合成了具有雪花状微结构的高质量α-Fe2O3纳米粒子.雪花状的纳米结构整体上具有六重对称性,并且每片花瓣都是对称的.该合成方法具有简便、快速、可靠和产率高的特点,可用于制备高质量的α-Fe2O3纳米粒子.尝试将水热法构筑超分子聚集体进而产生金属氧化物纳米材料的策略拓展到其它超分子二元聚集体的可控合成.即采用其他客体替代金属配合物PF,采用其他聚合物替代PVP论证策略的可行性.第二部分包含以下内容:在300 K的施加磁场50 kOe下的最大磁化强度(Mm)为1.37 emu·g-1.雪花状的α-Fe2O3纳米结构与其他人报道的相比,表现出更高的矫顽力(2997 Oe),本研究获得的两种不同形貌的α-Fe2O3纳米材料都表明出强大的磁滞行为,但由于形态及内部电子不同等原因导致磁性存在略微差异,这一氧化物材料有望在存储设备和其他领域中得到潜在应用.第三部分包含以下内容:α-Fe2O3纳米雪花对阳离子有机染料(如结晶紫,罗丹明6G)的光催化降解活性要比对阴离子染料(如甲基橙)高得多.并且为了解释有机染料的光催化氧化反应的选择性,我们提出了一种可能的光催化机理.
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