水热法原位合成磁性BiFeO_3-石墨烯杂化材料及其光催化性能

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(BiFeO_3-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BiFeO_3颗粒中并形成大小均一的球状结构。BiFeO_3-石墨烯杂化材料在可见光范围(400~800 nm)的吸收强度明显增加,禁带能隙明显降低。BiFeO_3-石墨烯杂化材料光催化降解有机污染物的速度较纯BiFeO_3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BiFeO_3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BiFeO_3具有铁磁性,BiFeO_3-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%。