铁酸铋粉体的化学法合成及其光催化和磁性能研究

发布时间：2017-03-22 16:01

  本文关键词：铁酸铋粉体的化学法合成及其光催化和磁性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：铁酸铋(Bi Fe O3)是一种在室温下同时具备铁电性和反铁磁性的多铁性材料,其较高的铁电居里温度和铁磁尼尔温度决定了它在存储器、传感器和自旋电子器件等方面具有广大的实际应用前景。但其大的漏电导,弱的铁磁性和合成单相晶体的困难等缺点一直妨碍到它的应用。世界各国的科学家通过对其进行研究,发现通过掺杂可以提高Bi Fe O3的铁磁性,并减小漏电导,但Bi Fe O3单相晶体的低温合成仍是一个具有挑战性的课题。本文针对这一问题,研究了镧和钆对铁酸铋的掺杂以及实验条件对合成Bi Fe O3纳米粉体的影响,并通过改变实验条件,希望获得优质的Bi Fe O3纳米粉体。实验结果表明:(1)在120℃的低温度下使用水热法成功合成了纯相的Bi Fe O3粉体。实验结果表明,在120℃,矿化剂Na OH浓度为4mol/L时水热反应12h合成的Bi Fe O3粉体结果较好,合成的粉体是纳米方片状,并且在室温下展现出铁磁性能。(2)用乙二醇溶解硝酸盐进行溶剂热反应,在140℃的低温度下成功合成了纯相的Bi Fe O3粉末。乙二醇在低温合成纯相Bi Fe O3粉末中起着关键的作用。合成的BFO晶体呈现出近乎球形的微观结构,平均粒径约为10μm,这些球形颗粒是由大量的8-20nm大小的纳米粒子构成的,并表现出明显的铁磁性能。另外,合成的纯相Bi Fe O3粉末拥有明显的光催化活性,在可见光照射下能有效分解Rh B。(3)用丙酮溶解硝酸盐进行溶剂热反应,在130℃的低温度下成功合成了纯相Bi Fe O3粉末。丙酮在低温合成纯相Bi Fe O3粉末中起着至关重要的作用。合成的Bi Fe O3粉末主要由尺寸在50~200nm之间的纳米粒子组成,并且表现出明显的铁磁性能。此外,合成的纯相Bi Fe O3粉末在可见光照射下拥有明显的光催化活性。(4)使用软化学法,以酒石酸为络合剂成功合成了掺杂铁酸铋Bi1-xLaxFe O3和Bi1-xGdxFe O3粉体。掺杂Bi Fe O3粉体是由30-100nm大小的纳米粒子构成的。当x≤0.4时,能够合成纯相Bi1-xLaxFe O3粉体;当x≤0.1时,能够合成纯相Bi1-xGdxFe O3粉体,合成的掺杂Bi Fe O3粉体是无规则球体结构。从磁性能测试的结果可以看出,稀土元素的掺杂很大程度地提高了铁酸铋Bi Fe O3的磁性能。(5)以乙醇-水混合液为溶剂,采用溶剂热法在140℃的低温度下成功合成了单相Bi2Fe4O9粉体。随着乙醇-水混合液中乙醇含量的减少,Bi2Fe4O9粉体形貌逐渐由立方形向片状转变,其带宽依次减小,比表面积依次增大。当混合液中乙醇/水的体积相同时,合成的Bi2Fe4O9微米片的带宽最小,比表面积最大,具有最强的光催化能力。
【关键词】：铁酸铋 掺杂 水热 溶剂热 软化学法
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.3;O614.532
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 绪论13-31
• 1.1 引言13-15
• 1.2 铁酸铋材料的研究现状15-19
• 1.2.1 铁酸铋的结构与性质15-17
• 1.2.2 铁酸铋的掺杂改性17-19
• 1.3 常用铁酸铋材料的制备方法19-24
• 1.3.1 固相法20
• 1.3.2 燃烧法20
• 1.3.3 液相烧结法20
• 1.3.4 溶胶凝胶法20-22
• 1.3.5 水热法22-23
• 1.3.6 共沉淀法23-24
• 1.3.7 微乳液法24
• 1.4 本文的研究意义与主要内容24-26
• 1.4.1 研究目的与意义24-25
• 1.4.2 主要内容25-26
• 参考文献26-31
• 第二章 水热法制备BiFeO_3粉体31-43
• 2.1 前言31-32
• 2.2 实验部分32-34
• 2.2.1 实验药品与条件32-33
• 2.2.2 BiFeO_3粉体的水热制备方法33-34
• 2.2.3 BiFeO_3粉体的表征34
• 2.3 实验结果与分析34-40
• 2.3.1 不同反应温度合成的BiFeO_3粉体34-35
• 2.3.2 不同反应时间合成的BiFeO_3粉体35
• 2.3.3 不同矿化剂及浓度合成的BiFeO_3粉体35-37
• 2.3.4 水热法合成的BiFeO_3粉体的性能37-40
• 2.4 本章小结40-41
• 参考文献41-43
• 第三章 乙二醇-溶剂热法制备BiFeO_3粉体43-63
• 3.1 前言43-44
• 3.2 实验部分44-46
• 3.2.1 实验药品与条件44
• 3.2.2 BiFeO_3粉体的溶剂热制备方法44-45
• 3.2.3 BiFeO_3粉体的表征45-46
• 3.3 实验结果与分析46-58
• 3.3.1 BiFeO_3粉体的XRD46-47
• 3.3.2 BiFeO_3粉体的XPS47
• 3.3.3 BiFeO_3粉体的拉曼光谱47-50
• 3.3.4 BiFeO_3粉体的SEM、EDS和TEM50
• 3.3.5 BiFeO_3粉体的溶剂热法合成机理50-52
• 3.3.6 BiFeO_3粉体的磁性能52-53
• 3.3.7 BiFeO_3粉体的光催化性能53-58
• 3.4 本章小结58-59
• 参考文献59-63
• 第四章 丙酮-溶剂热法制备BiFeO_3粉体63-76
• 4.1 前言63-64
• 4.2 实验部分64-66
• 4.2.1 实验药品与条件64
• 4.2.2 BiFeO_3粉体的溶剂热制备方法64-65
• 4.2.3 BiFeO_3粉体的表征65-66
• 4.3 实验结果与分析66-72
• 4.3.1 BiFeO_3粉体的XRD66-67
• 4.3.2 BiFeO_3粉体的SEM和EDS67-68
• 4.3.3 BiFeO_3粉体的XPS68-69
• 4.3.4 BiFeO_3粉体的溶剂热法合成机理69-70
• 4.3.5 BiFeO_3粉体的磁性能70
• 4.3.6 BiFeO_3粉体的光催化性能70-72
• 4.4 本章小结72-73
• 参考文献73-76
• 第五章 软化学法制备掺杂BiFeO_3粉体76-94
• 5.1 前言76-77
• 5.2 实验部分77-80
• 5.2.1 实验药品与条件77-78
• 5.2.2 掺杂BiFeO_3粉体的软化学制备方法78-79
• 5.2.3 掺杂BiFeO_3粉体的表征79-80
• 5.3 实验结果与分析80-90
• 5.3.1 不同烧结温度合成的掺杂BiFeO_3粉体80-82
• 5.3.2 不同掺杂量合成的掺杂BiFeO_3粉体82-88
• 5.3.3 不同元素掺杂及混合掺杂合成的掺杂BiFeO_3粉体88-90
• 5.4 本章小结90-91
• 参考文献91-94
• 第六章 溶剂热法制备Bi_2Fe_4O_9粉体94-106
• 6.1 前言94-95
• 6.2 实验部分95-98
• 6.2.1 实验药品与条件95
• 6.2.2 Bi_2Fe_4O_9粉体的溶剂热制备方法95-97
• 6.2.3 Bi_2Fe_4O_9粉体的表征97-98
• 6.3 实验结果与分析98-103
• 6.3.1 溶剂热法合成Bi_2Fe_4O_9粉体的XRD98-99
• 6.3.2 溶剂热法合成Bi_2Fe_4O_9粉体的机理99
• 6.3.3 溶剂热法合成Bi_2Fe_4O_9粉体的SEM99-100
• 6.3.4 溶剂热法合成Bi_2Fe_4O_9粉体的光催化性能100-103
• 6.4 本章小结103-104
• 参考文献104-106
• 结论106-108
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果108-109
• 致谢109-110
• 附件110

【参考文献】

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1 段星;;多铁性材料的研究进展[J];中国陶瓷;2009年03期

  本文关键词：铁酸铋粉体的化学法合成及其光催化和磁性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：261795