Bi摻雜納米MnO2-Ti材料的制備及光催化性能研究.pdf

1、本課題在常溫常壓下制得了一維Bi2O3-MnO2/Ti納米材料，主要研究內(nèi)容有如下三部分:①采用恒電流電沉積法制備ZnO/Ti納米棒模板，通過XRD、SEM等手段對其晶型結(jié)構(gòu)及表面形貌進行表征，考察了Zn2+、NO32-和沉積電流對ZnO形貌的影響，研究了其光催化性能，并探討了其光催化降解機理;②采用模板-電沉積法制備柱狀一維MnO2/Ti，通過XRD、SEM等手段對其晶型結(jié)構(gòu)及形貌進行表征，考察了沉積時間對沉積效果的影響，分析了其電沉

2、積機理，并研究了其光催化性能;③采用浸涂-分解法制備Bi2O3-MnO2/Ti、Bi2O3/Ti，通過XRD、SEM和EDS等手段對其晶型結(jié)構(gòu)、表面形貌及元素組成進行分析，研究了其光催化性能，并探討了Bi摻雜MnO2/Ti光催化活性增強的可能原因;④將第一性原理的方法引入一維MnO2納米材料中，用基于密度泛函理論(DFT)的第一性原理從理論計算的角度對Bi摻雜MnO2材料進行初步研究;結(jié)果表明:
　　1、通過SEM觀察可知，當(dāng)硝酸

3、鋅濃度為0.01mol·L-1、電流密度為0.5mA·cm-2時，可以制備出均一的ZnO納米棒陣列，平均直徑在100nm左右。通過XRD分析可知，其結(jié)構(gòu)屬六方晶系纖鋅礦。ZnO/Ti在光照射下對甲基橙有較好的光催化降解效果;無光照時，2.5h內(nèi)ZnO納米棒陣列的降解率僅為7％;而在光照條件下其降解率可達到83.3％。其光催化活性來源于光照時所產(chǎn)生的ZnO（hVB+）及ZnO(eCB-)，而ZnO(hVB+)及ZnO(eCB-）通過一系列

4、反應(yīng)又可以產(chǎn)生出O2-·、HO2·、H2O2、OH·等強氧化基，通過一系列氧化過程，將甲基橙最終氧化成CO2和H2O，從而起到光催化降解作用。
　　2、通過SEM觀察可知，沉積時間對MnO2的微觀形貌有較大影響。當(dāng)沉積時間為3h時，其微觀形貌呈柱狀，平均直徑在50nm左右;在1.5h-2.0h時，其形貌呈蜂窩片狀。通過XRD分析可知，其晶型結(jié)構(gòu)為α型。無光照時，MnO2對甲基橙溶液吸附值幾乎為0;而在光照條件下反應(yīng)3.5h，其降解

5、率為54％。
　　3、通過SEM和EDS觀察可知，Bi2O3已經(jīng)成功負載到一維MnO2/Ti表面。通過XRD分析可知，Bi2O3/Ti晶型結(jié)構(gòu)為β型。Bi2O3對甲基橙溶液存在一定的吸附（3％左右），在光照條件下反應(yīng)3.5h，其降解率為65.2％。摻雜Bi2O3后MnO2/Ti的降解率達到80.7％，并且其吸附能力也得到很大提高。Bi2O3-MnO2/Ti納米材料具有比純Bi2O3/Ti膜和一維MnO2/Ti高的多的光催化活性。<

6、br>　　4、采用第一性原理計算了Bi摻雜MnO2體系的電子結(jié)構(gòu)，分析了Mn0.75Bi0.25O2固溶體的形成能、帶隙、能帶結(jié)構(gòu)及態(tài)密度。根據(jù)第一性原理計算結(jié)果，Mn0.75Bi0.25O2具有較好的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性，Bi摻雜比例在0～0.06時，摻雜后的形成能隨摻雜比例增大而急劇下降，當(dāng)x＞0.06時，其形成能隨摻雜比例增大而緩慢上升。摻雜比例為0.06時，其形成能值最小(0.5eV)，此時體系的穩(wěn)定性最大。Mn0.75Bi0.25O