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Bi_(25)FeO_(40)粉末的水热合成及光学性能研究

张成勇  
【摘要】: 软铋矿(B12MO20, M= Si, Ge, Ti)由于其特有的晶体结构具有光折变性能、光致发光及光电导性能,在光电应用方面具有广阔的研究及应用前景,受到各方面的广泛关注。Bi25FeO40属于软铋矿结构材料,目前国外研究者更多的关注软铋矿Bi25FeO40单晶的制备及相关性能的研究。国内外使用水热法制备软铋矿Bi25FeO4o粉末、光吸收性能、光致发光和光催化性能研究方面的较少。本论文选择Bi25Fe04o粉末为研究对象,采用水热法制备了Bi25Fe04o粉末,表征了Bi25Fe04o粉末的物相结构及微观形貌,测试其光吸收性能、发光性能及光催化性能。主要研究内容和结果如下: 1)分别以NaOH、KOH和LiOH作为水热合成矿化剂,通过调节水热反应条件如水热时间、矿化剂的浓度及初始反应物的物质的量配比,制备了纯相的Bi25FeO40粉末,优化制备条件得到形貌均匀的颗粒。提出了Bi25FeO40水热生长机理,探讨了水热条件下反应体系中铋铁物质量配比不同而导致水热产物及产物形貌的差异;并初步研究了Bi25FeO40化合物的晶体结构,发现Bi25FeO40具有良好的结构稳定性。 2)使用Accelrys MS Modeling 4.0软件中CASTEP模块计算Bi25FeO40材料的理论能带结构,其计算的禁带宽度为2.0eV;价带主要由O的2p轨道、Bi的6s与部分6p轨道组成,导带主要由Bi的部分6p轨道组成。 3)通过UV-Vis漫反射谱分析,发现在紫外光到可见光范围(200-600nm)具有良好的紫外光和可见光响应,使用Tauc经验公式计算出其直接禁带宽度约2.13-2.46eV,与理论计算值接近;测试其室温荧光光谱,在469nm处有明显的蓝光发光带,其特征的发射峰是与Bi25FeO40材料的能带结构具有直接关系。 4)测试Bi25FeO40粉末在紫外可见光条件下的光催化活性,以结晶紫溶液作为染料,光照90min后,最好的样品可将结晶紫降解90%,具有良好的的光催化性能,这是因为其在紫外可见光区具有良好的光吸收性能、有效的空穴-电子分离。


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