溶胶凝胶法制备铁酸铋及其二维材料复合光催化性能的研究开题报告

 2020-02-10 11:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

光催化技术利用半导体和可再生太阳能被认为是缓解甚至规避能源危机和环境问题的最有利解决方案。迄今为止,人们已经探索了多种可见光响应光催化剂的光催化应用。近年来,科学界集中研究了各种半导体的新型光催化剂[1],这些光催化剂可以增强光催化活性。由于二氧化钛在氧化能力、化学稳定性和无毒性等方面的优越性,被认为是最有前途的光催化剂之一[2]。二氧化钛能将有机污染物完全降解成无害的无机物,将水分解成氢和氧[3]。但由于二氧化钛带隙较宽,只对紫外光有相应,严重制约了其在光催化方面的应用[4]。钙钛矿铋铁氧体氧化物[5](bifeo3,简称bfo)作为一类新型的可见光响应光催化剂在有机污染物光催化处理中取得了不小的进展。bfo是最重要的光催化剂材料之一,其与石墨烯等二维材料的复合对光催化性能有着重要的影响[6]

尽管bfo被认为是很具吸引力的可见光响应光催化剂之一,但由于(i)光生电子和空穴的复合率较高(ii)比表面积较小,活性位点较少导致bfo在光催化降解有机污染物方面具有较差性能。许多研究工作试图克服其中的一个或多个缺陷,例如形态控制、掺杂、异质结结构、结合碳材料和产生表面氧空位。利用这些方法,可以有效地提高bfo的电荷载流子与空穴的分离,从而提高了光催化性能。例如利用高催化活性的镍泡沫(nf)修饰bifeo3(bfo)粉体。经过六个反应周期后,#8226;oh的稳定性和可重复利用性仍然很高。这些发现为在多相催化剂上合成复合材料提供了新的见解,该复合材料具有高效率和易于回收利用的特点。g-c3n4是一种碳氮化合物,它有五种可能存在的结构[8]。其中,g-c3n4是一种具有类石墨结构的稳定的化合物。由于其特殊的半导体特性(禁带宽度2.7 ev),可见光区有吸收,以及在水溶液中的高稳定性和无毒、易制备等特点,被当作新型的无金属催化剂应用于催化反应中[9]。已有文献报道其与bi2fe4o9的复合材料极大地提高了铁酸铋材料在可见光下的吸收,催化效率大幅提高[10]。2009年,li 等人制备出了 bifeo3/tio2球壳纳米结构作为光催化剂,不仅解决了 tio2在可见光下的利用效率,同时降低了电子空穴对的复合率[11]。2012年,wei等人用水热法通过控制碱的浓度得到不同形貌的铁酸铋样品,得到表面越粗糙的催化剂光催化效率越高[12]。有研究表明平均粒径约52~110nm的系列bifeo3颗粒,颗粒尺寸分布均匀,形貌规整,近似呈球形.以甲基橙为目标降解物,在紫外光和可见光辐照下该纳米颗粒均表现出良好的光催化活性,且随着颗粒尺寸减小,催化活性增加[13]。因此通过溶胶凝胶法[14]制备铁酸铋前驱体溶液,将其烘干,煅烧得到铁酸铋颗粒,通过煅烧三聚氰胺得到g-c3n4二维材料[15],将制备的铁酸铋颗粒与g-c3n4二维材料混合研磨后进行烧结得到铁酸铋及其二维材料复合材料样品;对铁酸铋粉体进行结构表征;对复合材料样品进行结构表征和光催化性能测试,是本课题的最终目标。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

1.以乙二醇和冰醋酸作为有机溶剂,通过溶胶凝胶法制备铁酸铋前驱体溶液,将有机溶剂烘干,煅烧得到铁酸铋粉末;

2.通过煅烧三聚氰胺得到g-c3n4二维材料;

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3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告;

第4-7周:按照所设计的实验方案,制备铁酸铋粉体及其复合材料样品;

第8-12周:对制得的样品进行结构表征以及性能测试,收集整理实验数据;

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] joshiu a, js jang, borse ph, lee js. appl. phys. lett. 2008, 92: 3.

[2] chunquan li, zhiming sun, yanleixue, guangyuan yao, shuilin zheng. a facile synthesis of g-c3n4/tio2 hybrid photocatalysts by sol-gel method and its enhanced photodegradationtowards methylene blue under visible light[j]. advanced powder technology, 2016,27: 330-337.

[3] fujishima a, honda k. nature (london) 1972, 37: 238.

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