水热法制备铁酸铋复合材料及其光催化性能研究

来源 :深圳大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:xuwei5858
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近年来,铁酸铋(BiFeO3)在光催化领域引起了广泛的关注。目前,常用的光催化材料为TiO2,然而,其自身较大的带隙(3.2 eV),而仅能利用占太阳光总能量约4%的紫外光。与TiO2相比,BiFeO3的禁带宽度较窄(2.2 eV),能够有效吸收可见光。可是目前BiFeO3比表面积较小、光生载流子复合严重等问题制约其光催化活性,还不能够满足实际应用需求。结构调控、离子掺杂、贵金属沉积和设计复合材料等方法是提升其光催化性能的有效途径。基于此,在本论文中,我们通过水热法制备纯相BiFeO3,通过复合MOF材料、锰离子掺杂和负载氧化石墨烯来提升其光催化性能,主要内容如下:研究了Mn2+的掺杂含量对BiFeO3光催化活性的作用机制。研究发现适量的Mn2+取代Fe3+能够明显提升BiFeO3的光催化性能,Mn2+含量6%为掺杂最优值,降解效率从70%提升到94%。而当Mn2+的掺杂含量超过8%时,不能保持BiFeO3的钙钛矿结构,主要转变为Bi25FeO40。光催化降解性能的提升主要在于Mn2+掺杂能够缩小BiFeO3的颗粒尺寸,同时引入新的杂质能级可以增强光吸收能力,BFM(6)O的禁带宽度从2.26 eV下降到1.90 eV。在BiFeO3中引入金属有机骨架(MOF)材料,成功制备了新型BiFeO3/MOF复合光催化剂。MOF材料大的比表面积可以显著提升BiFeO3对目标反应物的吸附性能。在可见光下降解亚甲基蓝(MB)的测试表明,BiFeO3/MOF复合光催化剂的降解效率相比于单独的BiFeO3和MOF分别提升15%和43%,达到93%。通过水热法在BiFeO3上负载了不同含量氧化石墨烯(GO),合成了BiFeO3/还原氧化石墨烯复合材料。系统的探索了GO的加入量对BiFeO3形貌、尺寸及可见光降解性能的影响。X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)和X射线光电子能谱(XPS)等表征显示,GO在水热过程中被部分还原并且成功与BiFeO3复合,且GO的引入没有改变BiFeO3的物相。通过扫描电子显微镜(SEM)可以发现还原氧化石墨烯(RGO)纳米片与BiFeO3颗粒紧密接触,且GO的加入量对复合材料的形貌有显著的影响。其中,BGO60复合材料表现出良好的可见光响应,其带隙约为1.78 eV。与原始BiFeO3相比,BGO60样品的光催化性能提升了26%,达到92%。循环降解显示,所合成的复合光催化材料拥有良好的稳定性,3次重复测试后其光催化活性只下降了3%左右。
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