水热法原位合成磁性BiFeO₃-石墨烯杂化材料及其光催化性能

甘露¹，徐立杰²，钱堃³，王亚东¹

1. 南京林业大学材料科学与工程学院2. 南京林业大学生物与环境学院3. 中国轻工业清洁生产中心

摘 要：采用水热法在石墨烯表面原位合成了石墨烯含量不同的铁酸铋/石墨烯（BiFeO₃-石墨烯）杂化材料。采用X光射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶红外光谱（FTIR）等研究杂化材料的结构,紫外漫反射光谱（DRS）和荧光光谱（PL spectra）分析其光反应性。在卤钨灯光照条件下测试杂化材料催化降解亚甲基蓝（MB）和罗丹明B（RhB）染料的性能。结果表明,通过水热原位合成法,石墨烯均匀地穿插在BiFeO₃颗粒中并形成大小均一的球状结构。BiFeO₃-石墨烯杂化材料在可见光范围（400⁸00 nm）的吸收强度明显增加,禁带能隙明显降低。BiFeO₃-石墨烯杂化材料光催化降解有机污染物的速度较纯BiFeO₃显著提高,其中石墨烯质量含量为3%的杂化材料具有最高的降解速度,其光催化降解MB和RhB的速率常数为0.083和0.10,均为纯BiFeO₃降解染料速率的10倍以上,原因在于石墨烯有效地抑制并延后了激发电子和空穴的再结合。由于BiFeO₃具有铁磁性,BiFeO₃-石墨烯杂化材料可以用磁铁回收循环使用,且材料5次循环使用后染料降解效率仍可达到近100%。

关键词：光催化;石墨烯;铁酸铋;原位合成;磁性杂化材料;水热法;