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BiFeO_3多铁材料形貌与磁光性能调控研究

李增鹏  戴剑锋  成晨  冯伟  
【摘要】:铋铁氧体(BiFeO_3)是在室温下同时具有铁电和铁磁性质的多铁性材料,在微电子、自旋电子学及光降解污染物等领域具有广泛的应用。为了研究不同形貌和尺寸对BiFeO_3纳米材料磁光性能的影响,本工作采用静电纺丝法和水热法制备了BiFeO_3(BFO)纳米纤维和纳米颗粒,利用X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、物性测量系统、紫外-可见光谱仪以及多功能控温光化学反应仪对不同形貌、不同尺寸样品的物理和化学性质进行了表征。结果表明:与BiFeO_3纳米颗粒相比,BiFeO_3纳米纤维具有更小的晶粒尺寸(82~98 nm)和更大的比表面积,能够适度地增强剩余磁化强度(0.042 emu/g),使得BiFeO_3纳米纤维的长周期自旋调制的螺旋反铁磁有序结构被破坏,表面未饱和的自旋对纳米纤维总磁矩的贡献变大,且较小的纳米尺度间接提升非补偿表面自旋效应,增强了晶粒间的交换耦合作用。光催化结果显示:具有棒状结构的纳米纤维具有更小的带隙(1.98 eV)、更大的甲基橙(MO)降解率(约63%)以及更高的光催化速率常数(k=0.011 61 min~(-1)),能够有效地阻碍光生电子-空穴对的复合,增强了电荷分离效率;同时,具有较大比表面积的纳米纤维使得光催化剂表面的羟基增加,加快了BiFeO_3纳米纤维羟基自由基的有效扩散,从而使染色剂分子更易接触催化剂表面区域,更易发生降解,从而具有更好的光催化性能。

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