镍锌铁氧体薄膜的制备及其性能研究

论文摘要

尖晶石型化合物作为一种新型半导体光催化材料,具有带隙能量低,可见光利用效率高,组成结构可调变性大等特点,有望筛选出更为高效、稳定的可见光催化剂。近年钛、镓、锰以及铁尖晶石已经应用于分解水及降解有机染料的研究中,表现出良好的可见光催化性能。其中铁尖晶石（铁氧体）的光催化性能研究仅限于ZnFe204和ZnFe204/Ti02复合体系,而铁氧体薄膜的研究报道则更少。另外,以太阳光作为光源,可以大幅度降低光催化技术的运行成本,这也是光催化剂能否得到更广泛应用的关键所在。因此,发展和完善铁氧体薄膜可见光催化剂的制备技术具有深远的意义。本论文以阴离子层状化合物（LDHs）为前驱体,采用涂敷热分解法制备得到NiZn及Co2+掺杂NiZn铁氧体薄膜（Co1-xNi0.2ZnxFe2O4）。运用XRD、FT-IR、TG-DTA、SEM、EDS、VSM以及UV-Vis等测试手段对所得铁氧体薄膜的结构、组成、形貌及性能进行表征,并以亚甲基蓝及罗丹明B为模拟污染物,考察其可见光催化降解效果。（1）采用单滴法制备得到不同[Ni2+]/[Zn2+]投料比、稳定的Ni-Zn-Fe（Ⅱ）-Fe（Ⅲ）-SO42- LDHs浆液,然后采用浆料涂敷技术在基片上制备得到Ni-Zn-Fe（Ⅱ）-Fe（Ⅲ）-SO42- LDHs涂层,经过600-1000℃焙烧得到系列化学计量Ni1-xZnxFe2O4颗粒薄膜。考察了不同[Ni2+]/[Zn2+]投料比及不同焙烧温度对Ni1-xZnxFe204颗粒薄膜的表面结构和性能的影响,结果表明,高焙烧温度有利于多孔结构的铁氧体薄膜形成,有利于提高其磁学性能。其中,[Ni2+]/[Zn2+]投料比为2/2的铁氧体薄膜各方面性能最佳,900℃焙烧的薄膜磁性最佳,并具有最佳的可见光催化能力。（2）采用单滴法制备得到不同[Co2+]/[Ni2+]/[Zn2+]投料比、稳定的Co-Ni-Zn-Fe（Ⅱ）-Fe（Ⅲ）-SO42- LDHs悬浆液,然后采用浆料涂敷技术在基片上制备得到了Co-Ni-Zn-Fe（Ⅱ）-Fe（Ⅲ）-SO42-LDHs涂层前体,经过600-800℃焙烧得到了系列化学计量Co1-xNi0.2ZnxFe2O4颗粒薄膜。考察了不同投料比对Co1-xNi0.2ZnxFe2O4颗粒薄膜的结构和性能的影响,结果表明,随着Co2+掺杂量的增加,薄膜粒子的孔隙度逐渐增大；随着焙烧温度的升高,薄膜的催化能力有所降低,600℃焙烧的颗粒薄膜具有最佳的可见光催化能力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 光催化技术研究现状
• 1.1.1 光催化原理
• 1.1.2 光催化材料的分类
• 1.1.3 光催化材料的制备
• 1.1.4 光催化材料的应用
• 1.1.5 光催化材料的现状及发展方向
• 1.2 尖晶石型催化剂研究现状
• 1.2.1 尖晶石型化合物的晶体结构
• 1.2.2 尖晶石型化合物的制备方法
• 1.2.3 尖晶石型化合物的应用
• 1.3 尖晶石铁氧体薄膜的研究现状
• 1.3.1 尖晶石薄膜的简介
• 1.3.2 尖晶石薄膜的制备
• 1.4 层状化合物的研究概况
• 1.4.1 层状化合物的历史及发展现状
• 1.4.2 层状化合物的结构
• 1.4.3 层状化合物的制备方法
• 1.4.4 层状化合物的应用
• 1.5 论文的目的和意义
• 1.6 论文的研究内容
• 第2章 实验部分
• 2.1 实验药品和仪器
• 2.1.1 试剂规格及来源
• 2.1.2 仪器型号及厂家
• 2.2 样品的表征方法
• 2.2.1 X射线衍射分析（XRD）
• 2.2.2 红外光谱分析（FT-IR）
• 2.2.3 元素分析（ICP）
• 2.2.4 扫描电镜分析（SEM、EDS）
• 2.2.5 紫外可见光谱分析（UV-vis）
• 2.2.6 震动样品磁强计（VSM）
• 2.3 可见光催化性能实验设计
• 2.3.1 目标污染物的选择
• 2.3.2 目标污染物最大吸收波长的确定
• 2.3.3 可见光催化反应装置
• 2.3.4 可见光催化反应过程
• 2O₄薄膜的制备-及其性能研究'>第3章 NiZnFe₂O₄薄膜的制备-及其性能研究
• 3.1 前言
• 4^2-LDHs薄膜的制备及性能研究'>3.2 Ni-Zn-Fe（Ⅱ）-Fe（Ⅲ）-SO₄^2-LDHs薄膜的制备及性能研究
• 3.2.1 LDHs薄膜的制备
• 3.2.2 LDHs薄膜的表征与结果讨论
• 2O₄薄膜的制备、表征与结果讨论'>3.3 NiZnFe₂O₄薄膜的制备、表征与结果讨论
• 2O₄薄膜的制备'>3.3.1 NiZnFe₂O₄薄膜的制备
• 3.3.2 结果与讨论
• 3.4 本章小节
• 2+掺杂NiZnFe₂O₄薄膜的制备及其性能研究'>第4章 Co²⁺掺杂NiZnFe₂O₄薄膜的制备及其性能研究
• 4.1 前言
• 4^2-LDHs薄膜的制备'>4.2 Co-Ni-Zn-Fe（Ⅱ）-Fe（Ⅲ）-SO₄^2-LDHs薄膜的制备
• 4.2.1 LDHs前体浆液的制备
• 4.2.2 LDHs薄膜的制备
• 2O₄薄膜的制备、表征与结果讨论'>4.3 CoNiZnFe₂O₄薄膜的制备、表征与结果讨论
• 2O₄薄膜的制备'>4.3.1 CoNiZnFe₂O₄薄膜的制备
• 4.3.2 结果与讨论
• 4.4 本章小节
• 第5章 结论
• 本论文创新点
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 附录