納米結(jié)構(gòu)BiFeO3光催化降解有機(jī)污染物及其光電化學(xué)性能研究.pdf

1、半導(dǎo)體光催化技術(shù)因其既可以治理環(huán)境污染還可以解決能源危機(jī)問題，多年來一直受到研究人員的廣泛關(guān)注。TiO2由于價(jià)格低廉，環(huán)境友好，性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)被普遍認(rèn)為是最有發(fā)展前景的半導(dǎo)體光催化材料。但是TiO2光學(xué)帶隙比較大（3.0-3.2eV），只能吸收太陽光中的紫外光，限制了其在實(shí)際中的應(yīng)用。因此開發(fā)具有可見光響應(yīng)的新型光催化劑是目前該領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。鐵酸鉍（BiFeO3，BFO）作為一種典型的單相多鐵性材料，是目前唯一在室溫條件下同時(shí)表現(xiàn)出鐵

2、電性與磁性的材料，在多態(tài)存儲(chǔ)、自旋電子學(xué)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。同時(shí)由于BFO光學(xué)帶隙比較窄（<3.0eV），能夠利用太陽光中的可見光部分，已被證實(shí)是一種具有潛在應(yīng)用價(jià)值的可見光催化材料。
　　在本文第一部分工作中，我們采用溶膠-凝膠法制備了不同晶粒尺寸BFO納米顆粒。首先通過X射線衍射、高分辨率透射電子顯微鏡、拉曼光譜、傅立葉變換紅外光譜、比表面積、紫外-可見吸收光譜等測(cè)試方法對(duì)樣品的微結(jié)構(gòu)、光學(xué)性能等進(jìn)行表征。其次開展了BF

3、O納米顆?？梢姽獯呋到庥袡C(jī)污染物羅丹明B（RhB）的研究工作。我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明溶膠-凝膠法中的退火溫度和時(shí)間對(duì)樣品的微結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能都有影響，并且會(huì)最終導(dǎo)致光催化性能的優(yōu)劣。而通過能級(jí)理論計(jì)算以及光催化實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們指出由光生電子反應(yīng)生成的羥基自由基（?OH）是光催化降解有機(jī)污染物的主要活性基團(tuán)。此外我們還在光催化反應(yīng)體系中加入少量H2O2，由于BFO納米顆粒與H2O2之間產(chǎn)生了類光芬頓效應(yīng)，BFO納米顆粒對(duì)RhB的降解能力得到進(jìn)一

4、步提高。相關(guān)研究工作已發(fā)表在 Materials Research Bulletin（DOI:10.1016/j.materresbull.2013.04.058）。
　　本文第二部分工作是用溶膠-凝膠法在Pt/Ti/SiO2/Si基片上制備BFO薄膜，探究厚度和退火溫度對(duì)BFO薄膜微結(jié)構(gòu)、光學(xué)性能以及光電化學(xué)性能（光電流密度）的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明一方面，薄膜厚度對(duì)薄膜結(jié)晶度的影響較小，而退火溫度對(duì)薄膜結(jié)晶度影響較大。另一方面隨著