静电纺丝法制备铁酸铋纳米纤维复合材料及光催化性能研究

来源 :深圳大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ss501love
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
近年来,由于社会工业化的高度发展,工业废水被过量排放,水环境污染问题日趋严峻,一些难降解的有害微生物及有机抗生素等存在于水体中,对生态系统及环境造成了严重危害。光催化氧化还原法降解污染物具有降解成本低,绿色高效等优点,被人们广泛研究,一些低成本、化学性质稳定、易合成具有高活性与高太阳光利用率的光催化剂成为了研究重点。铋基光催化材料铁酸铋(BiFeO3)吸引了研究者们的注意,BiFeO3拥有较窄的禁带宽度(~2.2 e V),使其能够有效的响应可见光,BiFeO3具有良好的化学稳定性,同时还是一种室温下具有反铁磁性与铁电性的多功能材料,具有良好的应用前景。但单相BiFeO3也存在量子效率低和光吸收能力差等缺点,因此需要寻求改性方法提升其光催化性能。本文基于静电纺丝技术制备一维BiFeO3纳米纤维材料,围绕BiFeO3进行改性与修饰以提高光催化活性,结合不同的制备方法,合成了响应可见光的纤维状BiFeO3基纳米纤维复合材料。在本论文中,我们通过静电纺丝技术成功的制备了BiFeO3纳米纤维,并探究了前驱体溶液中聚合物的浓度,纺丝电压以及不同的退火温度对纤维物相形貌的影响。再通过超声结晶法复合MOF材料,水热生长法负载硫化镉(CdS)纳米片等改性方法制备复合材料,并进一步探讨了复合材料光催化降解污染物活性与光催化作用的机理,主要研究内容如下:(1)静电纺丝工艺参数对BiFeO3纤维物相形貌的影响:将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)引入无机铁铋盐溶液中,充分搅拌后得到纺丝前驱体溶液,通过静电纺丝得到BiFeO3-PVP初生纳米纤维,利用马弗炉对初生的纳米纤维进行退火热处理后得到无机相BiFeO3纤维,热处理的作用为除去纤维中的有机物。并进一步研究不同退火温度、不同PVP浓度、不同纺丝电压对BiFeO3的物相以及形貌的影响,利用扫描电镜、X射线衍射仪对样品测试表征。研究表明,在8-10 wt%的PVP浓度范围内、纺丝电压为13 k V及500℃的退火温度条件下,形貌均匀规整的BiFeO3纳米纤维成功合成,且BiFeO3纳米纤维表现出良好的热稳定性及光催化性能。(2)超声结晶法制备BiFeO3/ZIF-8纳米纤维复合材料及其光催化性能研究。基于静电纺丝技术结合声结晶法,在BiFeO3中引入金属有机骨架(MOFs)材料,成功制备了BiFeO3/ZIF-8复合光催化材料,研究了不同ZIF-8负载比例对复合材料的光催化性能的影响,测试表明复合光催化剂对染料分子的吸附能力与光催化活性显著提升。基于半导体纳米结构与表面金属-有机骨架的协同作用,设计的复合界面结构促进了光生载流子分离,使得光生电子空穴对复合率降低,并在助催化剂ZIF-8的作用下,帮助BiFeO3纤维在光催化过程中暴露更多的活性位点以及增加了对目标反应物的吸附能力。在可见光下降解亚甲基蓝(MB)的测试表明,BiFeO3/ZIF-8复合光催化剂的降解效率相比于单相的BiFeO3纤维提升了52%左右,达到83.7%。(3)溶剂热法制备BiFeO3/CdS复合材料及其光催化性能研究,通过静电纺丝技术结合水热法在BiFeO3上负载了不同含量硫化镉(CdS)纳米片,合成了BiFeO3/CdS纳米纤维复合材料。形貌表征观测到所制备的复合纤维形貌均一、纤维状结构清晰可见,可以看到硫化镉(CdS)纳米片紧密附着于BiFeO3纤维表面,并系统的探究了不同的CdS纳米片负载量对BiFeO3纳米纤维形貌结构及光催化降解性能的影响。通过系列测试表征分析可知复合光催化剂吸收带边红移,可见光吸收增强,禁带宽度减小,PL强度明显减弱,促进了光生载流子的分离。CdS纳米片在水热过程中成功以BiFeO3纳米纤维为生长支点,片状CdS成功负载于BiFeO3纤维上,且CdS的引入没有改变BiFeO3的物相,表面了两者的成功复合。其中,BCdS-2复合材料表现出优异的可见光响应,其带隙约为1.78 eV。与原始BiFeO3相比,BCdS-2样品的光催化性能明显提升,降解效率提升了75%,达到98%,且光催化循环稳定性较好,在四次循环降解后其降解率只降低了2.8%左右,对催化过程中的产生的自由基进行捕获实验,结果表明参与光催化过程中的主要活性物质是羟基自由基(·OH),其次是空穴(h+)。
其他文献
学位
氢能具有来源丰富、比能量高、燃烧产物无污染等许多突出的优点,可作为优良的储能载体。目前常用的电化学分解水,是一种极具前景的制氢途径,但其反应效率受到动力学迟缓的析氧反应(OER)及其电催化剂活性较低所严重限制。除此之外,全水解电解池由于H2和O2的同时析出,易产生可燃爆的H2/O2混合气体,使该反应体系存在极大的安全隐患。为了解决这些问题,本文提出了一种新型反应策略,采用热力学上更有利的甲醇氧化反
学位
学位
热电材料是一种能实现热能与电能相互转化的温差材料。热电材料作为新型可持续发展的清洁能源材料而备受广大学者们的关注。目前,人们主要研究的无机热电材料因其毒性较大、合成困难、不易加工、价格昂贵等缺点而受到限制,而有机热电材料因其合成简单、加工方便、价格低廉、原材料丰富等优点而具有较大的发展空间。但是目前热电材料的结构研究主要聚集在聚苯胺,聚吡咯,聚芴,聚噻吩及其衍生物上,新结构的聚合物研究相对较少,设
化石燃料的过度使用引起了日益严重的全球变暖问题。利用可再生光能和电能驱动分子催化剂将二氧化碳(CO2)转化为高附加值的化学品或液体燃料是缓解环境污染、气候变暖和能源问题的理想方式之一。目前,已有许多贵金属分子催化剂被研发,而基于非贵金属分子催化剂的研究较少,从经济性和持久性考虑,未来研究的关键在于研发廉价且稳定的高效分子催化系统。基于以上问题,本论文以廉价金属铁作为催化剂中心金属,催化剂配体使用能
学位
学位
学位
学位