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新型六方层状钙钛矿化合物的合成、结构及NiFe2O4掺杂TiO2光催化性能

2020-12-02阅读(622)

新型六方层状钙钛矿化合物的合成、结构及NiFe2O4掺杂TiO2光催化性能

论文摘要

本论文主要包括两部分内容,第一部分是新型六方层状钙钛矿化合物的合成及结构研究,内容包括论文第一至第四章;第二部分内容为铁酸镍掺杂对TiO2结构及光催化性能的影响。采用柠檬酸盐热解法制备前驱物,以固相烧结工艺探索了六方层状钙钛矿化合物La4Ba2.6Ca2.4Mn4O19中锰元素的取代,在掺杂过程中发现了由Ba、Ca、Mn、O组成的新物相,通过反复探索合成条件合成了新的化合物。利用多晶X射线衍射、电子衍射等方法研究了该化合物的结构;通过SEM观察并分析了样品的表面形貌。主要研究结果如下:1.通过一系列实验发现,在我们所选取的实验条件下,化合物La4Ba2.6Ca2.4Mn4O19中Mn元素可以被少量的Cu、Co取代,随着Cu、Co相对含量的增加,化合物中出现了其它的物相,当Cu、Co的相对含量达到一定值时,化合物的结构平衡被破坏,形成了另外的物相;用Fe、Ni取代La4Ba2.6Ca2.4Mn4O19中的Mn,在掺入量较少时,样品中有第二相存在,取代量较多时,化合物原有的结构平衡被打破,形成了未知的新物相。2.在研究新物相时,我们发现了一个由Ba、Ca、Mn、O四种元素共同构成的新化合物,通过实验合成了该化合物的纯相,此化合物组成为Ba2.4Ca0.6MnO5.125。该化合物属于六方晶系,晶胞参数为a=5.83460?,c=8.218982?,v=242.3097?3。化合物的结构是利用粉末X射线衍射数据和直接法推测出的,结构拟合使用了X射线衍射数据。结构可能是由3H型六方钙钛矿结构单元和[Ba2O2]层交替排列形成。在六方钙钛矿结构单元中,Mn离子和Ca离子分别占据八面体格位,八面体分别通过共面或共顶点连接,Ca离子占据了1/3的八面体格位,钙钛矿结构单元层中的A位离子格位由Ba离子占据。在[Ba2O2]层中,10%的Ba原子被Ca取代。SEM图像显示此化合物为层状结构,这与结构解析结果是一致的。在该化合物中Mn平均氧化态为+4.25。通过掺杂铁酸镍控制二氧化钛相变以提高其光催化性能的主要研究如下:分别采用共沉淀法和溶胶-凝胶法制备铁酸镍和二氧化钛纳米粉体,探讨了铁酸镍纳米掺杂对二氧化钛“锐钛矿”→“金红石”的晶体结构转变及其光催化活性的影响。结果表明,铁酸镍的掺杂可抑制二氧化钛由“锐钛矿”到“金红石”的结构相变,显著提高其光催化活性,在最佳掺杂浓度时,其光催化降解曙红的效率可提高约2倍。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 钙钛矿结构简介
  • 1.1.1 理想钙钛矿结构
  • 1.1.2 畸变的钙钛矿结构
  • 1.1.3 类钙钛矿化合物的结构
  • 1.2 钙钛矿及相关化合物的物理性质
  • 1.2.1 高温超导电性
  • 1.2.2 磁阻性质
  • 1.3 本论文选题背景
  • 1.3.1 四方和六方钙钛矿层的结构特点比较
  • 1.3.2 La-Ca-Mn-O 体系六方层状化合物研究现状
  • 1.4 本部分研究的意义与内容
  • 第二章 钙钛矿结构化合物的合成方法与表征手段
  • 2.1 实验仪器和试剂
  • 2.2 常用的钙钛矿结构化合物合成方法
  • 2.2.1 传统固相烧结法
  • 2.2.2 前驱物液相合成方法
  • 2.3 本论文选用的样品合成工艺
  • 2.4 前驱物溶液配制及标定
  • 2.4.1 溶液的配制
  • 2.4.2 试样溶液浓度的标定
  • 2.5 主要分析测试仪器
  • 2.5.1 X 射线多晶粉末衍射
  • 2.5.2 场发射扫描电镜
  • 2.5.3 样品元素组成分析
  • 2.5.4 电子衍射
  • 2.6 结构解析方法
  • 4Ba2.6Ca2.4Mn4O19中 Mn 的取代研究'>第三章 La4Ba2.6Ca2.4Mn4O19中 Mn 的取代研究
  • 4Ba2.6Ca2.4Mn4O19化合物纯相的合成'>3.1 La4Ba2.6Ca2.4Mn4O19化合物纯相的合成
  • 3.1.1 样品制备方法
  • 4Ba2.6Ca2.4Mn4O19化合物纯相的合成'>3.1.2 La4Ba2.6Ca2.4Mn4O19化合物纯相的合成
  • 4Ba2.6Ca2.4Mn4O19化合物中 Mn 元素的取代'>3.2 La4Ba2.6Ca2.4Mn4O19化合物中 Mn 元素的取代
  • 3.2.1 Fe、 Co、Ni、Cu 等元素的硝酸盐溶液配制及标定
  • 4Ba2.6Ca2.4Mn4O19中 Mn 元素的取代'>3.2.2 Cu 对化合物 La4Ba2.6Ca2.4Mn4O19中 Mn 元素的取代
  • 4Ba2.6Ca2.4Mn4O19中 Mn 元素的取代'>3.2.3 Co 对化合物 La4Ba2.6Ca2.4Mn4O19中 Mn 元素的取代
  • 4Ba2.6Ca2.4Mn4O19中 Mn 元素的取代'>3.2.4 Fe 对化合物 La4Ba2.6Ca2.4Mn4O19中 Mn 元素的取代
  • 4Ba2.6Ca2.4Mn4O19中 Mn 元素的取代'>3.2.5 Ni 对化合物 La4Ba2.6Ca2.4Mn4O19中 Mn 元素的取代
  • 4Ba2.6Ca2.4Mn4O19中 Mn 元素的取代小结'>3.3 Fe、 Co、 Ni、Cu 等元素对 La4Ba2.6Ca2.4Mn4O19中 Mn 元素的取代小结
  • 第四章 新型 Ba-Ca-Mn-O化合物的合成及结构研究
  • 4.1 Ba-Ca-Mn-O新化合物的发现
  • 4.2 Ba-Mn-O体系化合物的研究现状
  • 2.4Ca0.6MnO5.125的合成及表征'>4.3 Ba2.4Ca0.6MnO5.125的合成及表征
  • 2.4Ca0.6MnO5.125化合物的合成'>4.3.1 Ba2.4Ca0.6MnO5.125化合物的合成
  • 4.3.1.1 样品的制备
  • 2.4Ca0.6MnO5.125组成探索'>4.3.1.2 化合物 Ba2.4Ca0.6MnO5.125组成探索
  • 2.4Ca0.6MnO5.125阳离子组成分析'>4.3.2 Ba2.4Ca0.6MnO5.125阳离子组成分析
  • 2.4Ca0.6MnO5.125中 Mn 离子的氧化态'>4.3.3 Ba2.4Ca0.6MnO5.125中 Mn 离子的氧化态
  • 4.3.3.1 实验原理
  • 4.3.3.2 实验步骤
  • 4.3.3.3 实验结果
  • 2.4Ca0.6MnO5.125的结构研究'>4.4 化合物 Ba2.4Ca0.6MnO5.125的结构研究
  • 2.4Ca0.6MnO5.125电子衍射给出结构参数'>4.4.1 Ba2.4Ca0.6MnO5.125电子衍射给出结构参数
  • 2.4Ca0.6MnO5.125及相关化合物表面形貌分析'>4.4.2 Ba2.4Ca0.6MnO5.125及相关化合物表面形貌分析
  • 4.5 本章小结
  • 2对其相结构及光催化活性的影响'>第五章 铁酸镍掺杂 TiO2对其相结构及光催化活性的影响
  • 5.1 二氧化钛光催化材料概述
  • 5.1.1 二氧化钛的晶体结构
  • 2的能带结构'>5.1.2 TiO2的能带结构
  • 2光催化原理'>5.1.3 TiO2光催化原理
  • 2光催化活性的因素'>5.1.4 影响 TiO2光催化活性的因素
  • 5.2 铁酸镍掺杂二氧化钛的研究意义
  • 2光催化剂在实际应用中的优势与不足'>5.2.1 TiO2光催化剂在实际应用中的优势与不足
  • 2光催化性能的途径'>5.2.2 提高 TiO2光催化性能的途径
  • 2的意义'>5.2.3 铁酸镍掺杂 TiO2的意义
  • 5.3 样品的合成、表征及光催化
  • 5.3.1 实验原料与化学试剂
  • 5.3.2 实验用仪器及设备
  • 5.3.3 样品的制备
  • 2纳米粉体的制备'>5.3.3.1 TiO2纳米粉体的制备
  • 5.3.3.2 铁酸镍纳米粉体的制备
  • 2纳米粉体的制备'>5.3.3.3 铁酸镍― TiO2纳米粉体的制备
  • 5.3.4 样品的结构表征
  • 5.3.5 样品的光催化
  • 2 的结构及光催化分析'>5.4 铁酸镍掺杂 TiO2的结构及光催化分析
  • 5.4.1 结构分析
  • 5.4.2 光催化结果分析
  • 5.4.3 光催化机理探讨
  • 5.5 本章小结
  • 第六章 全文总结
  • 参考文献
  • 发表论文和科研情况说明
  • 致谢

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