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铋系化合物微纳米材料的控制合成及性能研究

作　者: 赵天宇
导　师: 钱雪峰
学　校: 上海交通大学
专　业: 化学
关键词: 微纳米材料硫化铋碱式碳酸铋水热法光电性能光催化剂
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

铋类化合物微纳米材料具有优越的光学、电学、磁学性质,并且在铁电材料、磁材料、锂电材料、催化材料、抗菌材料、发光材料等方面具有广泛的应用前景。因此研究控制合成微纳米级铋类化合物,探索其性能与形貌、尺寸的依赖特性,开发铋类化合物新的应用领域,成为材料研究的热点方向之一。另外,利用我国丰富的铋矿资源优势,开发研究新型的铋类化合物微纳米材料,推动其在各产业领域中的应用,将具有十分重要的经济价值和社会价值。本论文中,我们通过水热/溶剂热方法合成了一系列的铋类化合物微纳米材料,研究了反应条件对产物形貌和结构的影响,并对其形成机理和光电性能进行了初步探讨。主要的工作包括以下几方面:（1）通过络合剂辅助水热法和溶剂热法合成了不同形貌、不同维数的硫化铋晶体材料;考察了络合剂浓度、硫源以及溶剂极性对产物形貌的影响;并进一步研究了硫化铋晶体的形貌对光电转换性能的影响。（2）通过络合剂辅助水热合成了不同形貌的Bi₂O₂CO₃微纳米晶体和多级结构,并研究了它们各自的光催化性能。在高效Bi₂O₂CO₃光催化剂合成的基础上进一步制备了具有磁性回收能力的Bi₂O₂CO₃/Fe₃O₄复合光催化剂和卤素掺杂型Bi₂O₂CO₃光催化剂,并研究了它们各自的光催化性能。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-7
第一章绪论  7-33
  1.1 概述  7-8
  1.2 纳米材料的宏观特性  8-10
    1.2.1 力学性质  8-9
    1.2.2 热学性质  9
    1.2.3 磁学性质  9
    1.2.4 电学性质  9
    1.2.5 光学性质  9-10
  1.3 纳米材料的微观特性  10-12
    1.3.1 小尺寸效应  10-11
    1.3.2 表面效应  11
    1.3.3 量子尺寸效应  11-12
    1.3.4 宏观量子隧道效应  12
  1.4 纳米晶体的形成过程与机理  12-14
    1.4.1 纳米晶体的形成过程  12-13
    1.4.2 晶体形状的形成机理  13-14
  1.5 纳米材料的液相合成方法  14-17
    1.5.1 共沉淀法  14
    1.5.2 模板法  14-15
    1.5.3 水热法  15-16
    1.5.4 溶剂热法  16
    1.5.5 微乳液法  16-17
  1.6 本课题研究的意义、背景和主要内容  17-24
    1.6.1 本课题提出的意义  17-20
    1.6.2 液相法合成铋系化合物微纳米材料的新进展  20-22
    1.6.3 本课题的技术路线和主要内容  22-24
  参考文献  24-33
第二章硫化铋微纳米材料水热/溶剂热制备及光电性能研究  33-48
  2.1 引言  33
  2.2 实验部分  33-36
    2.2.1 原材料及反应设备  33-35
    2.2.2 不同形貌的Bi_2S_3 微纳米材料的合成  35
      2.2.2.1 三维Bi_2S_3 多级结构微米球的水热合成  35
      2.2.2.2 零维Bi_2S_3 纳米颗粒的水热合成  35
      2.2.2.3 一维Bi_2S_3 纳米线的溶剂热合成  35
    2.2.3 结构性能表征  35-36
  2.3 结果与讨论  36-43
    2.3.1 物相结构  36-37
    2.3.2 形貌与结构分析  37-39
    2.3.3 络合剂浓度对花状Bi_2S_3 形貌的影响  39-40
    2.3.4 硫源的选择  40-42
    2.3.5 溶剂极性对花状Bi_2S_3 产物形貌的影响  42-43
  2.4 硫化铋微纳米材料的光电性能研究  43-45
  2.5 本章小结  45-46
  参考文献  46-48
第三章碱式碳酸铋微纳米材料的水热法制备及光催化性能研究  48-70
  3.1 引言  48-49
  3.2 实验部分  49-51
    3.2.1 原材料及反应设备  49
    3.2.2 不同形貌的Bi_20_2C0_3 微纳米材料的合成  49-50
      3.2.2.1 海绵状Bi_20_2C0_3 多级结构微米球的水热合成  49-50
      3.2.2.2 玫瑰花状Bi_20_2C0_3 多级结构微米球的水热合成  50
      3.2.2.3 盘状Bi_20_2C0_3 多级结构微米球的水热合成  50
    3.2.3 结构性能表征  50-51
    3.2.4 可见光催化性能评价  51
  3.3 结果与讨论  51-60
    3.3.1 产物的物相和形貌表征  51-55
    3.3.2 海绵状Bi_20_2C0_3 多级结构微米球的形成过程  55
    3.3.3 光学性质和禁带宽度  55-56
    3.3.4 制备的不同Bi_20_2C0_3 样品在人造可见光下的光催化活性  56-60
    3.3.5 海绵状Bi_20_2C0_3 多级结构微球在太阳光下进行的光降解实验  60
  3.4 基于Bi_20_2C0_3 多级结构光催化剂的后续工作  60-68
    3.4.1 磁性Bi_0_C0_3Fe_30_4 复合光催化剂的制备  60-65
      3.4.1.1 制备方法  60-62
      3.4.1.2 磁体球的物相和形貌表征  62-63
      3.4.1.3 复合Bi_20_2C0_3 /Fe_30_4 光催化剂的形貌表征和光催化性能  63-65
    3.4.2 Cl, Br, I 掺杂Bi_20_2C0_3 光催化剂的制备  65-68
      3.4.2.1 制备方法  65-66
      3.4.2.2 掺杂型Bi_20_2C0_3 光催化剂的物相、光学性能和光催化性能  66-68
  3.5 本章小结  68-70
参考文献  70-73
第四章全文总结与研究展望  73-75
  4.1 总结  73
  4.2 展望  73-75
致谢  75-77

铋系化合物微纳米材料的控制合成及性能研究

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