bi掺杂纳米mno2ti材料的制备及光催化性能研究

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1、万方数据声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容91、，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：盘塑里目日期：丝!生：笸：座一一关于学位论文使用权的说明本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅

2、；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容(保密学位论文在解密后遵守此规定)。签名：日期：伽f令。石、，吾勒签名：：丝丝隰塑丝笸：堡万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文Bi掺杂纳米Mn02／Ti材料的制备及光催化性能研究摘要【IIIII111111IIIIlllUlIIIIIIIIIlY2693065本课题在常温常压下制得了一维Bi203一Mn02／Ti纳米材料，主要研究内容有如下三部分：①采用恒电流电沉积法制备ZnO／Ti纳米棒模板，通过XRD、SEM等手段对其晶型结构及表面形貌进行表征，考察了Z

3、n2+、N032’和沉积电流对ZnO形貌的影响，研究了其光催化性能，并探讨了其光催化降解机理；②采用模板一电沉积法制备柱状一维Mn02／Ti，通过XRD、SEM等手段对其晶型结构及形貌进行表征，考察了沉积时问对沉积效果的影响，分析了其电沉积机理，并研究了其光催化性能；③采用浸涂一分解法制备Bi203．Mn02／Ti、Bi203／Ti，通过XRD、SEM和EDS等手段对其晶型结构、表面形貌及元素组成进行分析，研究了其光催化性能，并探讨了Bi掺杂Mn02／Ti光催化活性增强的可能原因；④将第一性原理的方法引入一维Mn02纳米材料中，用基于密度泛函理论(

4、DFT)的第一性原理从理论计算的角度对Bi掺杂Mn02材料进行初步研究；结果表明：1、通过SEM观察可知，当硝酸锌浓度为0．01mol·L一、电流密度为O．5mA·cm’2时，可以制备出均一的ZnO纳米棒阵列，平均直径在lOOnm左右。通过XRD分析可知，其结构属六方晶系纤锌矿。ZnO／Ti在光照射下对甲基橙有较好的光催化降解效果；无光照时，2．5h内ZnO纳米棒阵列的降解率仅为7％；而在光照条件下其降解率可达到83．3％。其光催化活性来源于光照时所产生的ZnO(h五)及厶D(崮，而ZnO(G)及历伙南)通过一系列反应又可以产生出仍·、1102·、

5、1-1202、OH．等强氧化基，通过一系列氧化过程，将甲基橙最终氧化成C02和H20，从而起到光催化降解作用。2、通过SEM观察可知，沉积时间对Mn02的微观形貌有较大影响。当沉积时间为3h时，其微观形貌呈柱状，平均直径在50nm左右；在1．5h．2．Oh万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文时，其形貌呈蜂窝片状。通过XRD分析可知，其晶型结构为仅型。无光照时，Mn02对甲基橙溶液吸附值几乎为0；而在光照条件下反应3．5h，其降解率为54％。3、通过SEM和EDS观察可知，Bi203已经成功负载到一维Mn02／Ti表面。通过XRD分析可知，Bi20

6、3／Ti晶型结构为D型。Bi203对甲基橙溶液存在一定的吸附(3％左右)，在光照条件下反应3．5h，其降解率为65．2％。掺杂Bi203后Mn02／Ti的降解率达到80．7％，并且其吸附能力也得到很大提高。Bi203-Mn02／Ti纳米材料具有比纯Bi203／Ti膜和一维Mn02／Ti高的多的光催化活性。4、采用第一性原理计算了Bi掺杂MnO：体系的电子结构，分析了Mno．75Bio．2502固溶体的形成能、带隙、能带结构及态密度。根据第一性原理计算结果，Mno．75Bio．2502具有较好的导电性和稳定性，Bi掺杂比例在O～O．06时，掺杂后的形

7、成能随掺杂比例增大而急剧下降，当x>0．06时，其形成能随掺杂比例增大而缓慢上升。掺杂比例为O．06时，其形成能值最小(O．5eV)，此时体系的稳定性最大。Mno．75Bio．2502及Mn02的价带和导带在费米能级(辟)处发生重叠，其带隙在费米能级(辟)处为0，表现出良好金属特性；掺杂Bi后整个态密度曲线与掺杂前Mn02相比相对下降，体系稳定性增加。关键词：ZnO／Ti纳米棒模板，Bi203．Mn02／Ti材料，恒电流电沉积，光催化氧化，第一性原理，甲基橙II万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文PREPARATl0NANDPHOTOCATAIⅣ

8、TICPROPERTYOFBi—DOPEDNAN0STRUCTURED1Vm02／TiMATERIALSABSTRACTI