【正文】 光催化領(lǐng)域中具有良好的應(yīng)用前景。ssbauer譜測定了 Bi2Fe4O9的晶體結(jié)構(gòu)。 3K，在尼爾溫度以下為反鐵磁相 [21]。 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格昂貴 [23]。 Liu等通過 PPMS測試，在 l0K觀測到了 Bi2Fe4O9棒具有明顯的磁滯回線，材料表現(xiàn)出了鐵磁性 [25]。 Patnaik等人還在Bi2Fe4O9陶瓷中觀測到了比較明顯的磁電耦合效應(yīng)，這個發(fā) 現(xiàn)對于研究 Bi2Fe4O9材料具有很重要的意義。 迄今為止，已經(jīng)有多人成功的采用水熱法，熔鹽法，氧化鋁模板法，溶膠凝膠法，共沉淀法等制備出了多種形貌的 Bi2Fe4O9。但是， 目前對 Bi2Fe4O9的光電轉(zhuǎn)換性能的研究尚屬空白。 共沉淀法合成機(jī)理 所謂化合物沉淀法：就是是溶液中金屬離子按化學(xué)計量比來配制溶液，得到化學(xué)計量化合物形式的沉淀物，這樣，當(dāng)沉淀離子的金屬元素之比等于產(chǎn)物化合物金屬元素之比時，沉淀物可以達(dá)到在原子尺度上的組成均勻性，對于二元以上金屬元素組成的化合物，當(dāng) 金屬元素之比呈現(xiàn)簡單的整數(shù)化時，可以保證生成化合物的均勻性組合。從化學(xué)平衡理論來看，溶液的 pH 值是一個主要的操作參數(shù)。 從一般意義上說，讓組成材料的多種離子同時沉淀是很困難的。從這個意義上講，沉淀是分別發(fā)生 的。這些操作可以在某種程度上防止分別沉淀的發(fā)生。 共沉淀法合成特點 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。 其中水熱法制備納米材料的缺點在于其制備條件要求比較苛刻，需要精確的控制 pH 值；模板法難以合成單晶結(jié)構(gòu)的多元氧化物；溶膠 凝膠法制備得到產(chǎn)物形貌單一，在高溫下做熱處理時有團(tuán)聚；微乳法本身成本較高，仍有團(tuán)聚問題，進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)目前有一定的難度；最后激光誘導(dǎo)氣相沉積法的問題在于其能耗高，粉體回收率低，花費成本高，同樣難青島大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 8 以進(jìn)入到工業(yè)生產(chǎn)和應(yīng)用中。 青島大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 9 本文主要研究內(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價值。 青島大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 10 第 2章 Bi2Fe4O9納米晶的制備工藝與表征 實驗原料與實驗器材 實驗原料 制備 Bi2Fe4O9納米晶所需 主要實驗原料如 下表 所示 ： 表 21 實驗原料 試劑 化學(xué)式 純度 分子量 生產(chǎn)廠家 硝酸鉍 Bi(NO3)3?5H2O % 天津博迪化工有限公司 硝酸鐵 Fe(NO3)3?9H2O % 天津市致遠(yuǎn)試劑有限公司 硝酸 HNO3 6568% 煙臺雙雙化工有限公司 氫氧化鈉 NaOH % 天津瑞金特有限公司 氨水 NH4OH 2528% 煙臺三和化學(xué)試劑有限公司 本實驗所用試劑均為分析純級的市售試劑，無需再提純。 真空干燥箱： 型號 DZF6020，電源交流電壓 220 V、 50 Hz，控溫范圍：室溫～250 ℃ ，上海博迅實業(yè)有限公司。 純水蒸餾器： 型號 SZ931，石英管加熱，二次蒸餾，出水量 1600 ml/h，上海亞榮生化儀器廠。 超聲波清洗器： 型號 KQ250DB， 20 ℃ 至 80 ℃ ，超聲時間 1～ 480 min，昆山超聲儀器有限公司。 Bi2Fe4O9 納米晶的共沉淀法制備 Bi2Fe4O9納米晶的制備流程如圖 21 所示，其具體制備過程為： ① 按照 化學(xué)式 Bi2Fe4O9 中各物質(zhì)的化學(xué)計量比 1:2，分別 精確稱量 2 mol的 Bi(NO3)3?5H2O 和 2 mol 的 Fe(NO3)3?9H2O 倒入干凈的燒 杯中，放在磁力攪拌器上，緩慢均勻的加入 HNO3 溶液 ，用磁力攪拌器攪拌 h至兩種試劑充分溶解； ② 用膠頭滴管均勻緩慢地滴入沉淀劑（ 2 mol NaOH 或 NH4OH），并在磁力攪拌器上不斷攪拌。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，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，再對研磨后的樣品進(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并裝袋保存。 X射線衍射分析 是以晶體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)， 利用晶體形成的 X射線衍射，對物質(zhì)內(nèi)部原子進(jìn)行空間分布狀況的結(jié)構(gòu)分析 的 方法。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） 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 其獨一無二的 特征 。因 此， X射線衍射 圖 樣可以 用來作為 鑒別 晶體 物相的標(biāo)志。 X 射線衍射儀由 X 射線發(fā)生器、輻射探測器、測量電路、測角儀以及控制操作和運行軟件的電子計算機(jī)系統(tǒng)組成，儀器的中心部分是測角儀，其結(jié)構(gòu)和光學(xué)原理圖如圖 31 所示。當(dāng)計數(shù)管 C 轉(zhuǎn)到適當(dāng)?shù)奈恢脮r即可接收到一根射線，計數(shù)管的角位置 2?可從刻度 K 上讀出。當(dāng)試樣和計數(shù)器連動時衍射儀就能自動描繪出衍射強(qiáng)度隨 2? 角的變化情況的衍射圖樣。 圖 22 測角儀原理： (a)測角儀結(jié)構(gòu)示意圖； (b)測角儀光 學(xué)布置 [26] 本論文利用 X 射線衍射儀對各份樣品進(jìn)行測試。波長為 ，掃描方式為 ? ? 2?方式，步長為 。 青島大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 14 電子掃描電鏡（ SEM） 掃描電子顯微鏡 (SEM)是 十分 常見 且應(yīng)用廣泛 的表面形貌分析儀器。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。掃描電子顯微鏡 (SEM)可以 觀察 樣品的形貌和微結(jié)構(gòu)。 Bi2Fe4O9 納米晶的光電特性 實驗裝置 光電 轉(zhuǎn)換性能測試采用三電極體系，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。 圖 23 光電 轉(zhuǎn)換性能測試裝置 青島大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 15 光電極的制備 要測量 Bi2Fe4O9 納米晶的光電轉(zhuǎn)換性能，得先制備有 Bi2Fe4O9 納米晶連接的光電極。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 。 青島大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 16 第 3 章 實驗結(jié)果與討論 XRD 分析表征 圖 31 給出了分別 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 X 射線衍射圖譜。 SEM 分析不同焙燒溫度對樣品微結(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。m，其橫向尺寸范圍在 100200 nm 之間。 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)換測試結(jié)果。 從上圖中的光電轉(zhuǎn)換測試結(jié)果表明所 制備的 Bi2Fe4O9 納米晶 具有較好的光電轉(zhuǎn)換特性，且可產(chǎn)生較大的光電流， 有希望成為用于太陽能電池的新型半導(dǎo)體材料。 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 Bi2Fe4O9 納米晶進(jìn)行的光電轉(zhuǎn)換性能測試結(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。 青島大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 19 致 謝 本文是在 盧朝靖教授的 精心指導(dǎo)和大力支持下完成的。 盧老師 淵博的知識、開闊的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪。 在此，謹(jǐn)向盧老師表示誠摯的感謝和深深的敬意 。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) 對我的無私幫助，使我得以順利完