【摘 要】
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作为污染物降解和水分解领域具有发展前景的重要功能材料,铁电材料受到了越来越多的关注。铁电材料作为一种新型光催化剂材料,由于自身存在性能缺陷,在光催化反应过程中受光激发产生的光生载流子易复合。本文通过构建不同复合结构的光催化剂,有效提高铁电光催化剂的光电化学性能。采用三氧化二铁(Fe2O3),碘氧铋(BiOI),以及两种铁电光催化剂铁酸铋(BiFeO3),钒酸铋(BiVO4),构建不同能带结构的光催
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作为污染物降解和水分解领域具有发展前景的重要功能材料,铁电材料受到了越来越多的关注。铁电材料作为一种新型光催化剂材料,由于自身存在性能缺陷,在光催化反应过程中受光激发产生的光生载流子易复合。本文通过构建不同复合结构的光催化剂,有效提高铁电光催化剂的光电化学性能。采用三氧化二铁(Fe2O3),碘氧铋(BiOI),以及两种铁电光催化剂铁酸铋(BiFeO3),钒酸铋(BiVO4),构建不同能带结构的光催化系统,通过XRD,SEM,拉曼等表征手段对其进行化学成分与形貌结构的分析,并通过电化学测试对其进行光催化性能评价和机理分析。(1)通过溶胶凝胶旋涂法将BiFeO3复合在Fe2O3纳米棒阵列基底上。实验结果表明,Fe2O3复合3层BiFeO3的光响应电流明显增加,约为0.018 m A·cm-2,是纯BiFeO3(0.009 m A·cm-2)的2倍,纯Fe2O3(0.005 m A·cm-2)的3.6倍。Fe2O3/3BiFeO3在体系升温90℃下热释电性起明显作用,90℃的光电流密度为0.028 m A·cm-2左右,比室温时的电流密度增大了0.55倍,具有优异的光电化学性能,而且外场极化调控能带弯曲的Fe2O3/3BiFeO3性能也得到明显的提升。(2)分别制备了叠层和体掺杂的BiFeO3与BiVO4双铁电薄膜。溶胶凝胶旋涂法旋涂制备叠层铁电薄膜,可有效吸收可见光,BiVO4复合5层BiFeO3的光响应电流最大,为0.72 m A·cm-2,约为纯BiVO4的2倍,但是旋涂次数太多会限制BiVO4吸收可见光,导致复合样品的性能下降。BiFeO3与BiVO4复合后有利于形成异质结,促进光生电子、光生空穴的产生与分离,外场极化调节能带弯曲使光生电荷加速转移,是铁电复合物光电化学性能提高的主要原因。通过一步法制备的体掺杂单层铁电薄膜,其光电流密度比起BiFeO3有一定程度的改进,但相较于纯BiVO4还是存在一定的差距,主要是因为体掺杂样品的主要是以BiFeO3为主体存在。(3)通过电沉积法将BiOI复合在BiFeO3电极上。研究发现BFO/10BOI的光电流密度为18μA·cm-2,分别是纯BiFeO3(5μA·cm-2)和纯BiOI(3μA·cm-2)的3.6倍和6倍,有效提高BiFeO3的光电化学性能。BFO/n BOI复合材料降低了阻抗,增加了载流子的浓度,这主要是由于BiOI窄的禁带宽度,与BiFeO3复合后增加了对可见光的吸收,促进了光生电荷的分离,提高了复合物的光电化学性能。
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