水熱制備Bi25FeO40及其光電性能研究.pdf

1、Bi25FeO40作為新型窄帶半導(dǎo)體，禁帶寬度僅為2.0eV，可以利用太陽(yáng)光中的可見(jiàn)光波段的能量。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)Bi25FeO40材料的研究主要集中在單晶的光電性能和粉末材料的光催化性能。對(duì)氧化物一維納米材料制備和性能的研究才剛剛起步，制備成功的氧化物一維納米材料多為簡(jiǎn)單的單元氧化物，多元氧化物的低維化制備尤其是Bi25FeO40一維材料的研究更是處于初始階段。本論文選擇Bi25FeO40為研究對(duì)象，通過(guò)水熱參數(shù)的調(diào)節(jié)制備Bi25FeO4

2、0，測(cè)試了材料的光催化性能和光電化學(xué)性能，主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
　　 通過(guò)調(diào)節(jié)水熱反應(yīng)時(shí)間、溫度、反應(yīng)原料配比和礦化劑的種類和濃度等工藝參數(shù)，探討水熱合成工藝對(duì)產(chǎn)物的物相和形貌的影響。發(fā)現(xiàn)反應(yīng)時(shí)間為48小時(shí)，反應(yīng)溫度為180℃，鉍源和鐵源比例12∶1時(shí)，能獲得一維形貌的Bi25FeO40;當(dāng)NaOH作為礦化劑，0.5～2.5mol/L均可得到純相的Bi25FeO40，濃度為0.5mol/L時(shí)得到一維棒狀Bi25FeO40;當(dāng)

3、KOH作為礦化劑，只有在濃度0.5mol/L時(shí)可得到純相的Bi25FeO40，高于1mol/L時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)雜相。
　　 根據(jù)產(chǎn)物的形貌在不同反應(yīng)條件下的變化規(guī)律，初步探討了產(chǎn)物Bi25FeO40的生長(zhǎng)機(jī)理。在Bi25FeO40的形成中，OH-和堿金屬離子對(duì)產(chǎn)物的形貌和物相有重要影響。這是由于OH-吸附在晶面上，這些OH-之間脫水而促進(jìn)了晶體生長(zhǎng)，不同的晶面其吸附能力不盡相同，導(dǎo)致了各晶面生長(zhǎng)速度的差異。由于Na+和K+在生長(zhǎng)基元上

4、結(jié)合力的差異，以及在晶體表面的吸附力不同，也會(huì)影響各晶面的生長(zhǎng)速度，從而生成不同形貌的Bi25FeO40。
　　 通過(guò)UV-Vis漫反射譜，發(fā)現(xiàn)Bi25FeO40在紫外光到可見(jiàn)光范圍(200～600nm)具有良好的光響應(yīng)，純相的Bi25FeO40材料通過(guò)Tauc經(jīng)驗(yàn)公式處理得到的直接禁帶寬度都小于2.2eV，與理論的2.0eV相近。在紫外-可見(jiàn)光條件下12小時(shí)降解結(jié)晶紫的降解率達(dá)到70～80％，具有良好的光催化活性，在可見(jiàn)光條件

5、下，光催化活性略有降低。Bi25FeO40的價(jià)帶或缺陷能級(jí)中的電子躍遷，產(chǎn)生電子-空穴分離，電子或空穴躍遷到晶粒的表面，形成強(qiáng)還原劑或氧化劑基團(tuán)，與表面吸附的結(jié)晶紫發(fā)生氧化還原反應(yīng)。
　　 利用三電極法研究了不同形貌的Bi25FeO40樣品的瞬態(tài)光電流響應(yīng)，一維形貌的Bi25FeO40的光電流響應(yīng)速率快，不同形貌的Bi25FeO40光電流響應(yīng)存在差異，一維材料光生電子傳輸路徑短，響應(yīng)迅速。樣品在光照時(shí)產(chǎn)生光陽(yáng)極電流，說(shuō)明該電極為