双钙钛矿La2XFeO6(X=Bi、Co、Ni)的制备及其电容性能和降解染料与废水性能的研究

摘要

随着钙钛矿（ABO3）研究的快速发展，双钙钛矿也引起了许多研究者的关注，双钙钛矿（A2B'B"O6）因为其独特的晶格结构使其具有极大的磁介电效应和磁电耦合性能，这将大大降低材料的电阻使其可以广泛应用于能源转换材料，光催化材料及储能材料。纳米纤维状材料因其独特的一维结构和不易团聚的特点一直都是研究的热点，而且目前纳米纤维最主流的制备方法是静电纺丝法。 本论文主要对双钙钛矿进行了以下两方面研究：第一，以 PAN 为高分子材料通过静电纺丝法合成了La2BiFeO6和La2CoFeO6纳米纤维，并将它们作为电极材料应用于超级电容器领域。通过研究发现，在1 A g-1 电流密度下La2CoFeO6纳米纤维电极材料的初始比电容量为142.86 F g-1，且经过1000个循环后其容量保持率为70%，而La2BiFeO6纳米纤维电极材料的初始比电容量为100.72 F g-1，经过1000个循环后其容量保持率仅为50%。这表明La2CoFeO6纳米纤维具有极好的电化学性能，其比电容性能主要是由纳米纤维的高比表面积和孔隙率所决定的，其循环稳定性主要是由其较高的结晶度所决定。第二，基于钙钛矿在光催化领域的应用，本研究分别以PVP和PAN为高分子材料通过静电纺丝法分别合成了La2BiFeO6和La2CoFeO6纳米纤维，并以它们作为光催化剂对甲基橙溶液进行降解，验证了四种材料的光催化氧化性能。通过研究发现，在催化剂加入量为1 g L-1，甲基橙溶液pH为5.0-6.0，太阳光光照2 h的条件下，PVP-La2NiFeO6、PAN-La2NiFeO6、 PVP-La2CoFeO6和PAN-La2CoFeO6纳米纤维光催化剂对10 mg L-1甲基橙溶液的降解率分别为72%、54%、22%和15%。后续对光催化降解甲基橙溶液的条件进行优化，最终确定在太阳光下进行光催化实验的最佳实验条件为甲基橙溶液的 pH为2.0，催化剂的加入量为1.5 g L-1。在此条件下PVP-La2NiFeO6纳米纤维光催化剂对10 mg L-1甲基橙溶液的降解率为90%，如此优异的光催化性能主要由于其完整的纳米纤维结构增加了其比表面积，并进一步提升了其反应活性位点。后续的循环催化实验验证了PVP-La2NiFeO6纳米纤维材料的光催化稳定性，经过四个循环后，此催化剂对甲基橙溶液的降解率由90%下降至81%，这种优异的光催化稳定性主要是由于其较高的结晶度和独特的一维结构。后续我们将双钙钛矿纳米纤维材料用于降解及氧化生活污水，以化学需氧量（COD）去除率作为评价双钙钛矿材料的光催化氧化能力，发现在生活污水的pH为5.0-6.0之间，催化剂的加入量为4 g L-1时，双钙钛矿PVP-La2NiFeO6纳米纤维具有最佳的光催化氧化性能，表现为对生活污水的COD去除率可达到87.6%。 本论文通过将双钙钛矿应用于不同的领域，验证了双钙钛矿可以很好的应用于超级电容器和光催化剂领域，且都在这些领域中具有极好的表现，因此对双钙钛矿还有进一步研究。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 双钙钛矿的研究现状

1.3 静电纺丝技术简介

1.4 超级电容器的研究现状

1.5 光催化降解印染废水的研究进展

1.6 光催化氧化生活污水的研究进展

1.7 本课题的研究内容及意义

第2章 双钙钛矿La2BiFeO6和La2CoFeO6在超级电容器中的研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 La2BiFeO6的合成及电极的制作方法

2.4 结果与讨论

2.5 本章小结

第3章 双钙钛矿La2NiFeO6和La2CoFeO6降解甲基橙的研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 La2NiFeO6纳米纤维光催化剂的制备

3.4 光催化降解甲基橙实验

3.5 结果与讨论

3.6 本章小结

第4章 模拟双钙钛矿La2NiFeO6和La2CoFeO6降解生活污水的研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 实验方法与过程

4.4 实验结果与讨论

4.5 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录