鐵電-三維石墨烯復(fù)合材料的光催化性能及機(jī)械調(diào)控研究.pdf

1、近幾年全國各省市出現(xiàn)大范圍霧霾，環(huán)境污染問題嚴(yán)重威脅到了人們的身體健康和生產(chǎn)生活環(huán)境。光催化技術(shù)的出現(xiàn)使得這一亟待解決的問題出現(xiàn)曙光。然而，目前的光催化劑材料的可見光利用率其實(shí)并不高，有待于發(fā)現(xiàn)并研究新的光催化材料及其催化機(jī)理。鐵電材料鐵酸鉍(BiFeO3)因其特有的自發(fā)極化和窄的禁帶寬度，可有效分離光生載流子并將光催化光響應(yīng)范圍拓展至可見光區(qū)域使其成為備受研究人員關(guān)注的熱點(diǎn)材料。此外，三維石墨烯以其較大的比表面積可增強(qiáng)催化活性，且具有

2、良好的電子傳輸能力可作為半導(dǎo)體載體材料，近年來成為人們廣泛關(guān)注的一類材料。本論文利用水熱法制備BiFeO3/三維石墨烯復(fù)合材料，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析研究，協(xié)同二者的優(yōu)點(diǎn)來提高光催化活性并利用鐵電材料的壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械調(diào)控下的機(jī)械-光催化。具體工作如下:
　　(1)用Hummers法制備了氧化石墨烯，用水熱法合成了三維石墨烯以及不同形貌的BiFeO3及其復(fù)合材料，具體包括:亞微米立方BiFeO3納米紡錘BiFeO3、亞微米繡球BiFeO

3、3、納米棒BiFeO3、亞微米立方BiFeO3/三維石墨烯復(fù)合材料、納米紡錘BiFeO3/三維石墨烯復(fù)合材料、亞微米繡球BiFeO3/三維石墨烯復(fù)合材料。
　　(2)主要研究了亞微米立方BiFeO3、納米紡錘BiFeO3、亞微米繡球BiFeO3三種不同形貌的BiFeO3晶體在可見光和H2O2不同作用下對MB的降解效果，并通過擬合得到了一級動力學(xué)曲線。比較分析了不同條件下三種相貌的BiFeO3晶體催化性能不同的原因。研究發(fā)現(xiàn)，加入H

4、2O2可以與BiFeO3共同作用構(gòu)成新型的類Fenton-like試劑，在可見光照射下，發(fā)生光芬頓效應(yīng)，催化活性明顯增強(qiáng)。相比較而言，特殊形貌的亞微米繡球BiFeO3的催化能力要比其他兩種形貌的BiFeO3晶體催化能力好。
　　(3)主要研究了亞微米立方BiFeO3的結(jié)晶過程以及不同形貌的鐵酸鉍/三維石墨烯復(fù)合材料的可見光光催化性能。首先研究了水熱合成亞微米立方BiFeO3過程中水熱時間和前驅(qū)體pH值對BiFeO3的純相形成的影響

5、，并且分析了前驅(qū)體pH值對亞微米立方BiFeO3的形貌優(yōu)化;其次，用一種簡單方法制備了機(jī)械性能優(yōu)異的三維多孔結(jié)構(gòu)石墨烯，深入研究了氧化石墨烯濃度對亞微米立方BiFeO3/三維石墨烯復(fù)合材料光催化性能的影響，得出催化性能最好的最佳配比的復(fù)合材料;最后，研究了最佳配比的氧化石墨烯濃度下制備的納米紡錘BiFeO3/三維石墨烯復(fù)合材料、亞微米繡球BiFeO3/三維石墨烯復(fù)合材料的光催化性能。
　　(4)設(shè)計(jì)了一個超聲催化裝置，以實(shí)現(xiàn)對催化

6、劑施加有效的機(jī)械振動。主要研究了鐵電材料的壓電效應(yīng)引發(fā)的機(jī)械催化以及機(jī)械催化與光催化共同作用的機(jī)械-光催化性能。研究對象從單一材料到復(fù)合材料:分別為亞微米立方BiFeO3、納米棒BiFeO3、最佳配比的亞微米立方BiFeO3/三維石墨烯復(fù)合材料。研究得到復(fù)合體系的機(jī)械-光催化活性優(yōu)異。
　　綜上所述，本文制備了一種新型的BiFeO3/三維石墨烯復(fù)合材料體系，研究得到氧化石墨烯濃度為3mg/L時可構(gòu)成二者的最佳配比，并深入分析了光催