含铋微纳材料的合成及其物性研究

论文摘要

本论文旨在探索利用水热法、前驱物模板法合成含铋半导体材料的微纳结构,并对所制得的微纳结构进行表征,研究了其生长机理,测试了光催化性质。论文的主要研究内容可以分为三个部分:1.以聚乙二醇（PEG）为表面活性剂,五水合硝酸铋（Bi（NO3）3·5H2O）与氢氧化钠（NaOH）为原料,通过水热法合成出分散性好、无聚集的三氧化二铋（Bi2O3）亚微米棒;初步探讨了形成棒状、迭层状、麦穗状Bi2O3亚微米棒的形成机理,并研究了Bi2O3亚微米棒的紫外可见光吸收,通过对吸收光谱的计算,得到能带间隙为2.64eV。2.我们利用一种简单易行的DMF（N,N-二甲基甲酰胺）水热法合成了花状甲酸氧铋多级纳米结构。以此花状甲酸氧铋多级纳米结构为前驱物,热解法制备了氧化铋花状纳米多级结构。这是首次合成花状氧化铋多级纳米结构。所制备的花状氧化铋多级纳米结构的能隙在可见光范围内,是一种可见光响应的光催化材料,能有效降解罗丹明B,可望拓展到降解有机污染物。这种微纳结构有望应用于光催化清洁器、光电装置、水的纯化和环境清洁和太阳能转化。另外,通过对前驱物的光催化降解实验,发现甲酸氧铋花状纳米多级结构具有更优异的可见光响应的光催化降解能力,可望成为一种新的可见光光催化材料。3.通过控制微波辐射首次制备出晶粒长度为300-400nm,直径为100-200nm的BiPO4纺锤型纳米颗粒。通过XRD、SEM和TEM对制得的纳米粉体进行了表征。考查了不同的反应时间,不同的反应温度对产物形貌的影响。结果表明当反应温度为180°C,反应时间为15min时才能够得到BiPO4纺锤型纳米颗粒。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 纳米材料的结构
• 1.2.1 纳米固体的晶体结构
• 1.2.2 纳米材料的电子结构特性
• 1.3 纳米材料的特异效应、性质和应用
• 1.3.1 纳米材料的特异效应
• 1.3.2 纳米材料的性质
• 1.3.3 纳米材料的应用
• 1.4 纳米材料的制备方法
• 1.4.1 纳米材料物理制备方法
• 1.4.2 纳米材料化学制备方法
• 1.5 纳米材料的表征
• 1.5.1 物相表征和形态分析
• 1.5.2 成分分析
• 1.5.3 性质分析
• 1.6 本文研究的意义和工作内容
• 第二章 PEG 辅助水热合成氧化铋亚微米棒及其光学性质研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂
• 2.2.2 样品的制备
• 2.2.3 样品的表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 样品的物相
• 2.3.2 样品形貌表征
• 2.3.3 浓度对样品的形貌的影响
• 2.3.4 溶剂对样品的形貌的影响
• 2.3.5 样品的光学性质
• 2.4 小节
• 第三章 花状多级结构甲酸氧铋、碳酸氧铋和氧化铋纳米材料的合成及性能
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂
• 3.2.2 样品的制备
• 3.2.3 样品的表征
• 3.2.4 光催化测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 甲酸氧铋的物相
• 3.3.2 甲酸氧铋形貌表征
• 3.3.3 甲酸氧铋的形貌的演化
• 3.3.4 不同温度下对前驱物甲酸氧铋的锻烧处理
• 3.3.5 样品的可见光催化性质
• 3.4 小节
• 第四章 利用微波法合成纺锤型磷酸铋纳米材料
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂
• 4.2.2 样品的制备
• 4.2.3 样品的表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 产物的物相
• 4.3.2 产物的形貌
• 4.3.3 反应时间对产物形貌的影响
• 4.3.4 反应温度对产物形貌的影响
• 4.4 小节
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文