钛酸铋相关纳米材料水热合成和光催化性能研究.pdf

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1、钛酸铋相关纳米材料水热合成和光催化性能研究王潇男2015年6月中图分类号：TQ135.3+UDC分类号：54.06钛酸铋相关纳米材料水热合成和光催化性能研究作者姓名王潇男学院名称材料学院指导教师李静波副研究员答辩委员会主席邢长民高级工程师申请学位工程硕士专业学位学科专业材料工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年6月StudiesontheHydrothermalSynthesisandPhotocatalyticPropertyofBismuthTitanateNanomaterialsCandidateName：XiaonanWangSchoolorDepart

2、ment:MaterialScienceandEngineeringFacultyMentor:JingboLiChair,ThesisCommittee：ChangminXingDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：MaterialEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：Jun,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已

3、经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要本论文采用水热法，通过研究不同水热反应参数对产物的影响，优化水热工艺，成功制备了钛酸铋（BTO）、BiFeO3和Bi6Ti3Fe2O18纳米材料，并利用离子置换技术合成了Bi6Ti3Fe2O18-BiOCl纳米复合材料。利用粉末X射线衍射（XRD）、紫外-可见吸收光谱、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和可见光光催化降解有机物等测

4、试手段对这些化合物的形貌、结构及光催化性能进行了较为系统的表征和研究。采用水热法，研究了体系pH值、反应温度和反应时间对合成钛酸铋纳米材料形貌和相组成的影响，制备得到一种新型结构的钛酸铋纳米带。利用XRD和TEM对合成产物的晶体结构进行分析，结合煅烧成相分析测定产物的化学成分，初步获得了所制备的钛酸铋纳米带的结构特征和化学成分。实验研究发现不同反应参数下合成的钛酸铋纳米带的长宽比不同、晶相结构、光催化活性不同。利用紫外-可见吸收光谱和X射线光电子能谱测定材料的禁带宽度和价带位置，确定了钛酸铋纳米材料的带隙结构。利用可见光(λ>390nm)及模拟太阳光照射下的罗丹明B降解实验评

5、价了BTO纳米带样品的光催化性能。结果表明水热合成法制备的钛酸铋纳米材料在反应时间为48h、水热温度为200℃、溶液pH值为12.98条件下有最高的光催化活性，模拟太阳光照射150min罗丹明B的降解率达到93.39％，且表现出较好的可见光(λ>390nm)光催化活性。利用水热合成法制备得到BiFeO3纳米颗粒团聚物，光降解罗丹明B实验显示，BiFeO3纳米材料具有一定的光催化能力。利用水热法合成了Bi6Ti3Fe2O18纳米材料。研究了反应时间、溶液pH值等工艺条件对产物形貌与结构的影响，得到最佳水热合成工艺条件。光催化降解罗丹明B的实验表明，在模拟太阳光照射下Bi6Ti3

6、Fe2O18的光催化能力较弱。采用离子置换法利用HCl与Bi6Ti3Fe2O18反应，得到Bi6Ti3Fe2O18-BiOCl纳米复合材料。研究了不同反应时间（2h、3h、4h）对复合材料微观形貌、光催化性能的影响。实验表明Bi6Ti3Fe2O18与HCl反应4h的光催化性能最优。经过对比发现Bi6Ti3Fe2O18-BiOCl纳米材料的光催化活性优于BTO和BiFeO3纳米材料，并且在大于390nm可见光照射下也有较好的光催化活性。关键词：钛酸铋；纳米材料；水热法；光催化；复合材料I北京理工大学硕士学位论文AbstractInthispaper,thenano-materi

7、alsofbismuthtitanate(BTO),BiFeO3andBi6Ti3Fe2O16weresuccessfullypreparedbyhydrothermalmethodunderdifferentconditions.Bi6Ti3Fe2O16-BiOClnano-composite-materialwaspreparedbyanionreplacementmethod.Thestructuresandphotocatalyticactivityofthesecompoundswerestu