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《太原理工大学》 2018年
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高活性纳米α-Fe_2O_3的制备及光电催化特性研究

闫晓乐  
【摘要】:赤铁矿(α-Fe_2O_3)作为重要的n型半导体材料,具有良好的超顺磁性、化学稳定性、耐酸碱和光腐蚀、价格低廉且环境友好等优点,目前已经在涂料、气体传感、催化剂、锂离子电池及生物医学等领域获得广泛的应用。特别是α-Fe_2O_3纳米材料,因具有较窄的带隙宽度(1.9 eV~2.2 eV),可以吸收太阳光谱大部分可见光(~45%),在光催化领域具有巨大的应用潜力。其光催化活性不仅与晶体结构有关,还与其尺寸、形貌、裸露晶面、比表面积、活性位点以及表面电性等有着密切的联系。精确控制纳米α-Fe_2O_3的晶体生长,实现其粒径及形貌结构的可控制备,对于获得高活性纳米α-Fe_2O_3并研究其光电催化特性具有十分重要的意义。本文采用水热法可控制备了多种形貌结构的α-Fe_2O_3纳米晶体,探索材料的形成过程与生长机理,并对其光电催化特性进行了系统的研究。总结了纳米α-Fe_2O_3的形貌结构调控对其可见光催化增强机理的影响规律,从而实现其可见光催化性能的提高。(1)以氯化铁为铁源,利用1,2-丙二胺作为结构导向剂合成出了直径为90±5 nm,长度为600±30 nm的α-Fe_2O_3纳米棒,1,2-丙二胺对反应初期氧化铁不同晶面的选择性吸附是α-Fe_2O_3纳米棒形成的主要原因。通过延长反应时间,Fe~(3+)水解产生的氢离子能够腐蚀α-Fe_2O_3纳米棒的表面,导致α-Fe_2O_3纳米短棒的形成。受到蚀刻的α-Fe_2O_3纳米短棒具有粗糙的表面边缘,与典型α-Fe_2O_3纳米棒相比带隙宽度减小了0.19 eV,光电流响应提高了61.3%,可见光催化降解率提高了48.8%。(2)以氯化铁为铁源,在硫酸根离子的协助下成功合成出直径为146±8 nm,轴向长度为120±10 nm的单晶α-Fe_2O_3二十四面体。采用磷酸根离子作为蚀刻剂沿其[006]方向进行刻蚀可合成形貌尺寸均匀的单晶凹陷和中空α-Fe_2O_3纳米晶体。与二十四面体相比,被蚀刻的凹陷和中空α-Fe_2O_3纳米晶体具有更多的粗糙边缘结构,且比表面积(SSA)从10.31 m~2g~(-1)增加到12.71 m~2g~(-1),因此在对阳离子染料罗丹明-B的降解实验中降解率分别提高了30.4%和15.9%。(3)通过简单的水热法成功合成出平均粒径为5.5 nm,结构为截角六方双锥体的超细α-Fe_2O_3纳米颗粒,借助磷酸二氢根离子使其自组装成直径为160±13 nm,厚度为60±8 nm的纳米层状饼结构。基于三维组装结构的小尺寸带来的大比表面积,以及粗糙表面及松散曲折的边缘特征带来的更多的活性位点,纳米α-Fe_2O_3层状饼相比超细α-Fe_2O_3纳米颗粒以及单晶α-Fe_2O_3多面体,可见光催化降解效率分别提高了123.1%和75.1%。另外,多次循环降解实验表明,所制备的纳米α-Fe_2O_3具有良好的催化稳定性和可回收能力,这使其在催化剂和传感材料领域具有巨大的潜在应用价值。
【学位授予单位】:太原理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TN304

【参考文献】
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【共引文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
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【二级参考文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
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