鍶鐵氧體摻雜改性及其光催化活性研究.pdf

1、工業(yè)的迅猛發(fā)展帶來的環(huán)境安全問題引起了世界各國政府和學術界的密切關注。實際上，在研究環(huán)境安全問題時，對水體環(huán)境安全的研究已經(jīng)提升至國家戰(zhàn)略高度，染料工業(yè)排廢對水體的污染直接影響著人類的生活。光催化技術能充分利用來自太陽光中的可見光來處理被污染水體中有機污染物，有利于解決水體安全問題。目前二氧化鈦作為具有代表性的半導體光催化材料之一，卻得不到廣泛的實際應用，主要原因是二氧化鈦或者具有類似結構的部分半導體光催化材料的帶隙寬度較大，光生電子和

2、光生空穴容易融合。為了能夠更有效利用太陽光，開發(fā)具有可見光響應的高效光催化材料已是必然趨勢。同時，處理廢水光化學反應結束后，光催化劑不能被完全回收，將可能產(chǎn)生二次污染。因此，開發(fā)可利用可見光的磁性光催化材料才更加符合綠色化學的發(fā)展趨勢。本研究的目的在于通過對鍶鐵氧體進行摻雜和改性，制備復合磁性光催化劑，研究金屬離子對鍶鐵氧體體系中鐵離子的取代機制和對磁性能的改變機制以及用于光催化反應的反應機理，探討半導體對鍶鐵氧體的改性制備p-n-ty

3、pe磁性異質結SrTiO3-SrFe12O19和BiOCl-SrFe12O19、n-n-type磁性異質結BiVO4-SrFe12O19和ZnFe2O4-SrFe12O19的工藝條件，并對其結構和催化性能進行表征。
　　以硬磁性材料SrFe12O19為基體，采用一步化學共沉淀法摻雜Sm3+制備得到SrFe12-xSmxO19(x=0.1～0.5)。當x=0.1、0.3和0.5時，Sm3+離子取代晶格點12k(↑)上的Fe3+離子；

4、當x=0.2時，Sm3+離子取代晶格點4f2(↓)和2a(↑)上的Fe3+離子；當x=0.4時，Sm3+離子取代晶格點4f2(↓)上的Fe3+離子。SrFe12-0.4Sm0.4O19的飽和磁化強度最大（46.2emu/g），SrFe12-0.2Sm0.2O19的矯頑力最大（5194.3G）。SrFe12-0.4Sm0.4O19對亞甲基藍（以下簡稱MB）的光催化降解率為96％，且磁回收再利用4次時對MB的光催化降解效率仍超過80%，表明

5、其具有較高的光催化活性和穩(wěn)定性。摻雜的Sm3+離子可能作為導帶上電子的捕獲中心，抑制了光生電子-空穴的融合，進而提高了SrFe12O19的光催化活性。為了對比研究，采用相同的制備方法，摻雜Sm3+和Co2+制得了SrFe12-xSmxCoxO19(x=0.1～0.5)。結果表明，摻入Sm3+和Co2+離子沒有改變M-type鍶鐵氧體的內(nèi)在晶體結構；當x=0.1時飽和磁化強度、剩余磁化強度和矯頑力均最大（分別為28.05emu/g、16.

6、10emu/g和3064G），其對MB的光催化降解效率為99%，重復光催化實驗4次時的光催化降解效率仍超過80%。
　　以SrFe12O19為基體采用化學合成方法成功構筑了p-n-type磁性異質結SrTiO3-SrFe12O19。測試分析表明，SrTiO3-SrFe12O19包含SrTiO3和磁性組分SrFe12O19；SrTiO3-SrFe12O19的光催化活性遠超過SrTiO3和SrFe12O19，其原因為：①構成p-n型異

7、質結，②SrTiO3-SrFe12O19自身產(chǎn)生了磁場效應；③SrFe12O19本身作為一種可見光敏化劑能夠幫助SrTiO3-SrFe12O19吸收更多的光子。這三方面的因素產(chǎn)生的協(xié)同效應共同增強了其光催化活性。
　　以SrFe12O19為磁性基體采用水解和低溫焙燒法，制備了磁性異質結光催化劑BiOCl-SrFe12O19。在BiOCl-SrFe12O19體系中BiOCl傾向于[110]方向生長，[001]晶面暴露在光催化劑的表面

8、，而[001]晶面具有較高的光催化活性。BiOCl-SrFe12O19的飽和磁化強度為15.13emu/g，剩余磁化強度為9.01emu/g，矯頑力為5043.20G。BiOCl-SrFe12O19擁有優(yōu)異的磁性質，有利于提高光催化活性和重復使用性能。在BiOCl-SrFe12O19體系中，SrFe12O19作為敏化劑可吸收光輻射；SrFe12O19自身的磁場有利于產(chǎn)生更多的光電子，并抑制光生電子和空穴的融合。
　　采用酒石酸絡合

9、法，在制備BiVO4的過程中摻入磁性基體SrFe12O19，制得BiVO4-SrFe12O19異質結光催化劑。XRD檢測表明BiVO4-SrFe12O19為單斜晶系，SEM圖像顯示BiVO4均勻地分布在具有六方晶型的鍶鐵氧體的表面。BiVO4-SrFe12O19光催化活性遠超過BiVO4和SrFe12O19，新鮮態(tài)的BiVO4-SrFe12O19和使用五次后樣品的磁化強度分別為16.5emu/g和20.0emu/g，新鮮樣品和使用5次后