Fe3O4基复合材料去除重金属离子的机制研讨.pdf

lUlIIII IIIIIIIIIIIIIIIIIIj Y2773896 Fe304基复合材料去除重金属离子的机制研究 摘要 环境水体中的重金属污染给人类健康和社会发展带来了严重危害。纳米 Fe30。具有较大的比表面积、原子配位不足、较好的生物相容性、具有磁性容易 分离的特性，已经被广泛地用于去除水中污染物。本论文设计合成Fe304为基质 的复合纳米材料，采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究Fe304、 Fe30dTi02复合纳米材料的几何和电子结构、表面性质及其性能。包括以下内容： 1、采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，构建Fe304立方体相以及缺失 氧的结构模型，进行结构优化和能量计算，对其能带结构、态密度以及有效电子 质量进行分析和探讨，探讨其光生空穴一电子的复合机制和结构性能。电子和空穴 的有效质量的比值大小决定了其重组率。比值越大，则重组率越低。Fe30。体相 的有效质量比值为1．810，缺失氧的为7．368，表明其电子．空穴的分离率较高，化 学活性比较活泼。 分析，分别讨论各个面的能带结构、态密度、有效电子质量及表面性质。Fe304(111)、 好的光催化性能。同时在Fe304(111】面两个不同的氧位点(桥氧和端氧)上吸附 钴原子和水分子，通过对不同吸附体系吸附能的计算，发现Fe304(111)面上的两 个不同的氧位点的吸附能都比较高。 3、以层状结构模型构建Fe304／Ti02结构模型，对复合纳米材料的几何和电子 结构进行了理论研究，通过对能带结构、态密度、有效电子质量及其光生空穴． 电子的复合率，探讨其性能。采用水热法合成Fea04／Ti02复合纳米材料，探究其 对水体中Cr 复合纳米材料对含Cr(VI)浓度为50mgrL水溶液的吸附效果最佳，4小时后基本 达到吸附平衡，吸附率可达60％左右。 4、此外，还探讨了W03的电子结构和表面性能，进行了能带结构、态密度 和有效电子质量的模拟计算，对W03吸附十二种原子后的吸附体系进行了理论分 析。结果表明，W03价带顶主要是由0 5d态 2p态电子构成，导带底主要是由w 电子构成。当价带顶上的02p电子吸收能量后可跃迁至导带底的w5d轨道上， 同时在02p上产生空穴。其有效电子质量的比值为1．35，表明其电子．空穴的分 离率较高，光催化活性较强。探讨了W03的(001)洁净表面对12种非金属原子 万方数据 的吸附情况，W03吸附F原子后表面能最小。 关键词：Fe304 Fe304／Ii02复合纳米材料W03重金属吸附第一性原理 万方数据 ONMECHANISM INVESTIGATION THE BASEDON NANOCON皿OSITESFe304 OF REMOVAL FORHEAWⅣ匝TAL STRACT AB waterenvironmenthad seriOUSharmtohuman metal in brought Heavy pollution healthandsocial toitsexcellent andchemical d