菱方结构BiFeO₃是一种在室温下同时具有电有序和磁有序的多铁材料,室温下呈铁电有序（居里温度约为850℃）和反铁磁有序（尼尔温度约为370℃）。BiFeO₃材料除了在信息存储、集成电路、磁传感器以及自旋电子器件等方面有着广阔的应用前景外,由于具有较小的能带带隙,纳米结构的BiFeO₃材料还能作为可见光催化剂,被用于对有机污染物的降解以及分解水制氢等领域。:虽然BiFeO₃材料已被发现具有可见光催化活性,但研究工作尚少,缺乏全面的了解。此外在稀土元素掺杂BiFeO₃外延薄膜的研究工作中,人们发现在菱方相向正交相转变区域（准同型相界）处薄膜的介电和压电系数会有明显的增强。而稀土掺杂下BiFeO₃纳米颗粒是否也会出现菱方相向正交相转变的准同型相界?若出现,在准同型相界处其光催化性能是否会像介电和压电性质一样具有增强效应?本文采用溶胶凝胶法制备了纯相的BiFeO₃纳米颗粒、具有氧化铁混合相的BiFeO₃纳米颗粒以及稀土离子(Gd³⁺,Nd³⁺,Eu³⁺,Dy³⁺)掺杂的BiFeO₃纳米颗粒。采用X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）等对样品进行了结构表征,详细研究了样品的光吸收能力及可见光催化性能,重点研究了通过不同方法实现BiFeO₃纳米颗粒可见光催化活性的提高。得出的主要结果如下:1、采用溶胶凝胶法制备的纯相BiFeO₃纳米颗粒,证实了BiFeO₃纳米颗粒确实具有可见光催化性能,但光催化活性不高,15小时仅降解了25%左右的罗丹明B。详细研究了不同pH值对光催化活性的影响,发现BiFeO₃纳米颗粒在pH=2时光催化降解罗丹明B效果最好,这主要与催化剂和染料的带电性及吸附作用有关,说明可以通过调整有机物溶液的pH值有效地提高光催化活性。然而pH值过低也会影响到BiFeO₃的晶体结构,产生了新的杂相,从而降低了光催化活性。随后我们研究了胶体蒸干温度对BiFeO₃纳米颗粒相结构组成的影响,发现随着蒸干温度的增加,纳米颗粒将逐渐出现γ-Fe₂O₃相。而当BiFeO₃和γ-Fe₂O₃两相含量达到合适比例时,混合相纳米颗粒的可见光催化活性要明显优于纯相BiFeO₃纳米颗粒,这主要是由BiFeO₃与γ-Fe₂O₃构成的异质结所导致的。此外通过加入少量H₂O₂,由于类光芬顿效应的作用,混合相BiFeO₃纳米颗粒的可见光催化活性有了进一步的提高。2、详细研究了Gd³⁺元素掺杂BiFeO₃纳米颗粒的相结构和光催化性能。通过Rietveld方法精修Gd³⁺元素掺杂BiFeO₃纳米颗粒的XRD图谱,发现随着Gd³⁺掺杂浓度的增加,相结构一开始保持菱方相结构,但到10%时,正交相出现,掺杂浓度继续增加,正交相成分增加,而菱方相减少。10%Gd³⁺掺杂浓度对应于菱方相向正交相转变的准同型相界的出现。我们同时发现随着Gd³⁺掺杂浓度的增加,BiFeO₃纳米颗粒光催化活性也逐步提高,当Gd³⁺掺杂浓度是10%时,光催化活性达到最高。通过XRD图谱、拉曼谱和光吸收谱的分析,提出稀土掺杂引起的BiFeO₃晶体结构的变化影响了其光催化性能。这部分工作已正式发表在Journal of Physical Chemistry C上。3、进一步制备了其它稀土离子Nd³⁺、Eu³⁺和Dy³⁺掺杂BiFeO₃纳米颗粒,研究了不同组分的稀土元素掺杂对BiFeO₃晶体结构和光催化活性的影响。通过Rietveld方法精修其相结构,结果表明随着稀土元素掺杂量到一定量时,每种稀土掺杂均发现存在菱方相和正交相共存的准同型相界。不同的稀土元素掺杂,相界出现处其所含浓度并不相同,这主要是与稀土元素的离子半径有关;通过光催化活性的实验发现在准同型相界处出现光催化活性最高的有趣性质。通过进一步的介电测试发现相界出现处介电常数也达到极大值,在此基础上提出了固相与液相接触面的空间电荷层模型,解释了实验现象。