【正文】 還要感謝 和我一起學(xué)習(xí) 的其他老師、 師兄、師姐和同學(xué) 對(duì)我的無私幫助，使我得以順利完成論文。 盧老師 淵博的知識(shí)、開闊的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪。 ⑵ 以 NH4OH 作為沉淀劑 ， 通過 600℃焙燒制備出了純相的 Bi2Fe4O9納米晶，成顆粒狀，可以看出，沉淀劑的不同，直接影響樣品的形貌； ⑶ 通過對(duì) Bi2Fe4O9 納米晶進(jìn)行的光電轉(zhuǎn)換性能測(cè)試結(jié)果表明， Bi2Fe4O9 納米晶 在模擬日光照射下光電流密度為 47 ?A/cm2；在可見光光照射下的光電流密度為 37 ?A/cm2，且 Bi2Fe4O9納米晶不論在可見光照射下還是模擬日光照射下都具有良好的穩(wěn)定性。 Bi2Fe4O9 納米晶的光電轉(zhuǎn)換性能 圖 34 經(jīng) NaOH 作為沉淀劑，在 600℃的焙燒溫度下制備出的 Bi2Fe4O9納米棒 的光電轉(zhuǎn)換測(cè)試結(jié)果。 SEM 分析不同焙燒溫度對(duì)樣品微結(jié)構(gòu)的影響 圖 3 33 是 分別 以 NaOH 和 NH4OH 作為沉淀劑， Bi(NO3)3?5H2O 和Fe(NO3)3?9H2O 摩爾量比為 l： 2，在 600℃焙燒溫度下制備出的樣品的 SEM 像。再將研磨過后的樣品均勻涂在導(dǎo)電玻璃片（ cm） 上，放入馬弗爐 350℃燒 1 h，取出后將銅線用導(dǎo)電銀膠與 ITO 玻璃片連接，最后用絕緣膠將導(dǎo)線和玻璃片四周密封 。 Bi2Fe4O9 納米晶的光電特性 實(shí)驗(yàn)裝置 光電 轉(zhuǎn)換性能測(cè)試采用三電極體系，在 上海辰華 的 工作站 （ CHI 760 C） 上完成 的 ，參比電極為 Ag/AgCl 電極，對(duì)電 極為鉑電極，工作電極為用制備的材料在 ITO 玻璃上制作的薄膜電極，電解液為 NaSO4，所用的光源為PLSSXE300 型氙燈（北京暢拓有限公司），功率為 300 W，用 420 nm的濾波片濾去紫外光。由于儀器不需 要 電子 穿過 樣品， 因此 塊狀樣品 也可以用 掃描電子顯微鏡進(jìn)行觀察。波長(zhǎng)為 ，掃描方式為 ? ? 2?方式，步長(zhǎng)為 。當(dāng)試樣和計(jì)數(shù)器連動(dòng)時(shí)衍射儀就能自動(dòng)描繪出衍射強(qiáng)度隨 2? 角的變化情況的衍射圖樣。 X 射線衍射儀由 X 射線發(fā)生器、輻射探測(cè)器、測(cè)量電路、測(cè)角儀以及控制操作和運(yùn)行軟件的電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成，儀器的中心部分是測(cè)角儀，其結(jié)構(gòu)和光學(xué)原理圖如圖 31 所示。沒有 任何兩種結(jié)晶性物質(zhì)的 衍射 圖樣是 完全 一致的，每一種結(jié)晶Bi(NO3)3?5H2O Fe(NO3)3?9H2O 攪拌均勻 h 至完全混合 逐滴緩慢均勻滴加沉淀劑至 pH 為堿性，繼續(xù)攪拌 2 h 吸水，風(fēng)干， 研磨 在 600℃下焙燒 2 h 研磨，洗滌，烘干 研磨，裝袋 青島大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 13 性 物質(zhì)的多晶體衍射線條的數(shù)目、強(qiáng)度 和 位置 都是 是 其獨(dú)一無二的 特征 。將培養(yǎng)皿放入真空干燥箱中風(fēng)干數(shù)天，制得前驅(qū)體； ④ 將風(fēng)干之后得到的的樣品倒入瑪瑙研缽中研磨半小時(shí)，再放入氧化鋁坩堝中，用高溫節(jié)能管式爐在 600 ℃下的進(jìn)行焙燒處理，恒溫焙燒 2 h 后取 出，冷卻至室溫； ⑤ 將經(jīng)過焙燒后所得的樣品研磨半小時(shí)，再對(duì)研磨后的樣品進(jìn)行洗滌，然后放入電熱鼓風(fēng)干燥箱中在 80 ℃條件下進(jìn)行烘干處理； ⑥ 將烘干后的樣品研磨半小時(shí)并裝袋保存。 超聲波清洗器： 型號(hào) KQ250DB， 20 ℃ 至 80 ℃ ，超聲時(shí)間 1～ 480 min，昆山超聲儀器有限公司。 真空干燥箱： 型號(hào) DZF6020，電源交流電壓 220 V、 50 Hz，控溫范圍：室溫～250 ℃ ，上海博迅實(shí)業(yè)有限公司。 青島大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 9 本文主要研究?jī)?nèi)容 鉍鐵系化合 物材料擁有的特有的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其產(chǎn)生一些特定的性能決定了其具有非常巨大的研究?jī)r(jià)值。 共沉淀法合成特點(diǎn) 目前，研究比較熱門的納米材料的制備方法大致可以分為以下幾種：水熱法、模板法、溶膠 凝膠法、微乳法、激光誘導(dǎo)氣相沉積法、共沉淀法。從這個(gè)意義上講，沉淀是分別發(fā)生 的。從化學(xué)平衡理論來看，溶液的 pH 值是一個(gè)主要的操作參數(shù)。但是， 目前對(duì) Bi2Fe4O9的光電轉(zhuǎn)換性能的研究尚屬空白。 Patnaik等人還在Bi2Fe4O9陶瓷中觀測(cè)到了比較明顯的磁電耦合效應(yīng)，這個(gè)發(fā) 現(xiàn)對(duì)于研究 Bi2Fe4O9材料具有很重要的意義。 而Bi2Fe4O9的催化性能，可以將氨氧化成為 NO，這種基于鐵的 鉍鐵系復(fù)合氧化物 有可能代替現(xiàn)在普遍用的基于鉑，銠和鈀等的催化劑，這些 物質(zhì)不但不能被回收而且價(jià)格昂貴 [23]。ssbauer譜測(cè)定了 Bi2Fe4O9的晶體結(jié)構(gòu)。同時(shí)已有研究發(fā)現(xiàn) BiFeO3的禁帶寬度約為 eV，其在可見光范圍及附近具有非常良好的光響應(yīng)曲線。但是 TiO2納米晶體較寬的帶隙（ eV）決定了其轉(zhuǎn)換效率較低，且只能吸收紫外光，在可見光范圍內(nèi) 幾乎沒有光響應(yīng)，如圖 14。但是 GaAs化合物材料 本身價(jià)格不菲，且有毒，適應(yīng)性很差， 因而 在很大程度上限制砷化鎵（ GaAs） IIIV化合物電池的普及。 另外，各種光電材料的光響應(yīng)區(qū)間也顯得尤為的關(guān)鍵。 多晶硅薄膜電池與單晶硅 相比 ，成本低廉 ， 其實(shí)驗(yàn)室最高轉(zhuǎn)換效率 為18%， 大 規(guī)模 工業(yè) 生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換效率 目前也已可達(dá) 17%，稍低于單晶硅太陽(yáng)能電池，由于材料制造簡(jiǎn)便 , 節(jié)約電耗，因此也得到了一定的發(fā)展 。H） 14 2,35 68 57 67 2550 表 11 常規(guī)能源成本對(duì)比 [17] 以下將介紹幾種熱門的太陽(yáng)能電池的性質(zhì)和研究現(xiàn)狀。 青島大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 3 圖 11 光伏效應(yīng)的物理機(jī)制 [13] 光電材料的研究現(xiàn)狀及趨勢(shì) 目前 , 太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)得到了快速、優(yōu)質(zhì)的發(fā)展，但仍然主要存在著有兩個(gè)方面的 問題 : 第 一 是價(jià)格問題 : 首先要研究出能穩(wěn)定獲得高效率且低成本的半導(dǎo)體光電材料。 其原理 是利用半導(dǎo)體材料的電子學(xué)特性，依靠太陽(yáng)能電池組件，當(dāng)太陽(yáng)光照射在半導(dǎo)體 物質(zhì) PN 結(jié)上，由于 PN 結(jié)勢(shì)壘區(qū)產(chǎn)生了 比 較強(qiáng)的內(nèi)建靜電場(chǎng)，因而產(chǎn)生在勢(shì)壘區(qū)中的非平衡電子和空穴或產(chǎn)生在勢(shì)壘區(qū)外但擴(kuò)散進(jìn)勢(shì)壘區(qū)的非平衡電子和空穴，在內(nèi)建靜電場(chǎng)的作用下， 它們 各自向相反方向 運(yùn)動(dòng)，離開勢(shì)壘區(qū)， 使得 P 區(qū)有過剩的空穴， n 區(qū)有過剩的電子，結(jié)果 P 區(qū)電勢(shì)升高， N 區(qū)電勢(shì)降低，從而在外電路中產(chǎn)生電壓和電流，將光能轉(zhuǎn)化成電能。湯姆孫通過實(shí)驗(yàn)證實(shí) 這樣的 荷電體與陰極射線一樣是 都屬 電子流。 在此論文中， 包括了目前各種光電材料的一些研究現(xiàn)狀，共沉淀法的簡(jiǎn)單介紹，利用共沉淀法制備純相 Bi2Fe4O9納米晶體，對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，并對(duì)其光電轉(zhuǎn)換性能進(jìn)行了測(cè)量。 然而， 這些方法仍然存在很多問題，比如需要在比較苛刻的條件下完成 ， 需要 利用揮發(fā)性 強(qiáng) 有機(jī)溶劑，高溫，大 尺寸，所需產(chǎn)品的收益率差 等。 據(jù)報(bào)道 ，Bi2Fe4O9納米 片（ 2535 納米厚）和納米 帶 （ 80100 nm厚 ） 在可見光區(qū)都具有良好的催化活性 []。 近年來，發(fā)現(xiàn) BiFeO3 的帶隙較窄（ eV），這給人們提供了一種在可見光區(qū)利用太陽(yáng)能的機(jī)會(huì)。 傳統(tǒng)的金屬氧化物，如二氧化鈦和氧化鋅 都已 被廣泛 的 研究 [4,5]。 于是 ， 人們將目光紛紛投向了太陽(yáng)能。 而鉍鐵系化合物 由于其特有的結(jié)構(gòu)、性能及廣闊的應(yīng)用前景得到各方面越來越多的關(guān)注，在 可見光照射下， BiFeO3薄膜 、 納米 顆粒 和 單晶的 光電 性質(zhì)都已被報(bào)道。然而，由于 其 相對(duì)較 寬 的帶隙（一般為 ） ， 這些材料只 能 在紫外線光 照射下 才能被響應(yīng)。在 可見光照射下， BiFeO3 薄膜，納米粒子和 單晶的 光電 性質(zhì)都已被研究并報(bào)道 [13]。 然而，到 目前 為止， 仍然 沒有 有關(guān) Bi2Fe4O9 納米晶 光電轉(zhuǎn)換的研究 報(bào)告。因此，研究出 一種 簡(jiǎn)單 ，經(jīng)濟(jì)和 環(huán)保的 技術(shù)合成 單 相 純凈的 Bi2Fe4O9仍然是一個(gè)挑戰(zhàn) 。 青島大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 2 第 1 章 緒論 光電效應(yīng) 光電效應(yīng)概述 光電效應(yīng) ： 光照射到某 物質(zhì) 上，引起 該 物質(zhì) 的電性質(zhì)發(fā)生變化，也就是光能量轉(zhuǎn)換成電能這類光致電變的現(xiàn)象。 18991902 年間， 勒納德開始 對(duì)光電效應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并 且 命名為光電效應(yīng)。 光生電場(chǎng)一部分除抵銷勢(shì)壘電場(chǎng) 之 外，還使 P 型層帶正電， n 型層帶負(fù)電，在 p 區(qū)與 n 區(qū)的薄層 之間 產(chǎn)生所謂 光生伏特 電動(dòng)勢(shì) 。第二就是能利用低成本的工藝路線生產(chǎn)出光伏電池。 硅太陽(yáng)能電池 硅太陽(yáng)能電池 按照結(jié)晶狀態(tài)可 分為單晶硅太陽(yáng)能電池、多晶硅 薄膜電池、 和非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池三種。 非晶硅薄膜 電池與單晶硅和多晶硅電池的制作方法不同 , 其硅材料消耗少、電耗低。如圖 12所示為單、非晶硅電池光伏響應(yīng)譜，可以看出單晶硅的光譜響應(yīng)靈敏度峰值是在700900 nm之間，非晶硅的在 550600 nm之間。 青島大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 5 納米晶電池 TiO2納米晶體 太陽(yáng)能電池 雖然已被廣泛的研究，其 成本廉價(jià) 、 工藝簡(jiǎn)單且 性能 穩(wěn)定 。 圖 14 TiO2納米晶在不同溫度下的光伏譜 [19] 鐵酸鉍 的性質(zhì)和應(yīng)用 由于特有的結(jié)構(gòu)性能及非常廣闊的應(yīng)用前景，鉍鐵系化合物得到各方面越來越多的關(guān)注。納米級(jí) BiFeO3的存在也可以大大增加 RhB 及 MO的光降解速率，從理論上講， BiFeO3 是理想的、在可見光驅(qū)動(dòng)下的環(huán)境友好型光催化劑 [20]。如圖 15所示， Bi2Fe4O9是正交結(jié)構(gòu)，空間群為 Pbam， 晶格參數(shù)為 a=， b=， c=， 在常溫下它是順磁的，尼爾溫度 TN=264177。 YN． SHAMIR等人已經(jīng)通過中子衍射分析認(rèn)為 Bi2Fe409在 80 K具有磁結(jié)構(gòu) [24]。然而， Park等人報(bào)道并沒有發(fā)現(xiàn)其磁電耦合效應(yīng)，因此Bi2Fe4O9材料是否具有多鐵性還需要人們進(jìn)一步的研究和證實(shí)。 青島大學(xué)本科