增強型鐵摻雜tio納米棒的可見光光催化性能

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1、增強型鐵摻雜TiO2納米棒的可見光光催化性能摘要：為了得到所需的形貌和增強可見光反應的光催化劑，分別使用改性水熱法及溶劑熱法制備了Fe摻雜二氧化鈦納米棒集群和單分散納米顆粒。二氧化鈦晶體的微觀結構和形態(tài)可通過抑制水解反應速率控制。Fe摻雜催化劑的表征可以通過X射線衍射（XRD），透射電子顯微鏡（TEM），X射線光電子能譜（XPS），紫外-可見吸收光譜（UV-VIS），N2吸附-脫附測量（BET法），和光致發(fā)光光譜（PL）。微觀結構和形貌的改善導致比表面積的提高。二氧化鈦晶格中的Fe3+摻雜可以顯著延長光反應從紫外到可見光區(qū)，但也

2、減少了電子和空穴的復合率。在空氣中甲醛光催化分解，位于可見光照射下的光催化活性進行了評價。與P25（二氧化鈦）和N摻雜納米TiO2相比，鐵摻雜光催化劑可見光下的光催化活性高。1、簡介二氧化鈦（TiO2）已經(jīng)受到了很大的關注，由于其潛在地應用在廣泛的領域，如光催化，染料敏感太陽能電池，光致變色器件，氣體檢測。根據(jù)實驗，二氧化鈦必須滿足于一定的顆粒大小，粒度分布，形態(tài)，結晶和相，這顯著地受到合成方法和技術方面的多方影響。到目前為止，已具備TiO2和高產(chǎn)量高品質(zhì)二氧化鈦晶體的合成方法，如常規(guī)水解溶膠-凝膠工藝其后續(xù)的煅燒和在相對較低的

3、溫度下進行的水熱法。但二氧化鈦晶體微觀結構和形貌仍難以控制，因為水解反應對其產(chǎn)生了不可控的影響。因此，制備所需的性能，微觀結構和形貌的二氧化鈦晶體，需要通過的介觀修飾的合成方法來控制。甲醛，一種刺激性和致癌物質(zhì)，即使在非常低的濃度也會產(chǎn)生過敏癥狀，是主要的室內(nèi)空氣污染物之一。近年來，隨著二氧化鈦光催化技術的發(fā)展，二氧化鈦已經(jīng)為越來越多的用于處理包括甲醛在內(nèi)的室內(nèi)空氣污染物，并且它還具有優(yōu)秀的生物和化學惰性，強氧化能力，無毒性和穩(wěn)定性（不受長期的光照和化學腐蝕的影響）。然而，低量子產(chǎn)率和低可見光利用率阻礙了二氧化鈦的實際應用。為了

4、解決這些問題，科學家們進行了多方的努力已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了通過摻雜雜質(zhì)，提高二氧化鈦的光催化效率和可見的光利用率的方法。近來，一些研究報告指出，適當?shù)氖褂媒饘贀诫s是一種有效的方式改善上述兩個二氧化鈦催化劑性能的方法。在各種雜質(zhì)的摻雜中的三價Fe離子的摻雜最頻繁，由于其獨特的半滿電子性質(zhì)，可以起到收縮的間隙的作用，同時還能誘發(fā)產(chǎn)生新的中間能級的能量，也可以減少電子載流子和空穴載流子的復合。鐵摻雜TiO2分為納米棒集群和單分散納米粒子，制備方法為改良的水熱及溶劑熱法。分別用XRD，TEM，XPS和UV-VIS，BET，PL等方法對樣品進行了表

5、征。并對可見光照射條件下的甲醛光氧化反應中其光催化性能進行了實驗。2、實驗2-1光催化劑的制備制備鐵摻雜TiO2納米棒集群，取適量的四氯化鈦（98％）溶于蒸餾水中，制成成0.8mol/L的溶液，之后冰水浴，然后加入1mol％的油酸（90％），1mol％的十二烷基硫酸鈉（AR）和0.5mol％的Fe（NO3）3?9H2O（AR）?；旌蠑嚢?.5小時后，轉移到100mL的聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應釜，并保持在180°C反應2小時。沉淀物用蒸餾水反復沖洗，以去除通過AgNO3溶液測試的氯離子。最終產(chǎn)品用乙醇洗滌三次，然后在烘箱中60°

6、C干燥4小時。制備Fe摻雜TiO2的單分散的納米粒子，需要5毫摩爾Ti(OC4H9)4（97％）和0.25毫摩爾的Fe（NO3）3·9H2O（AR）的加入到30毫摩爾的油酸混合物（90％），20毫摩爾油胺（75％）和100mmol無水乙醇。在40mL燒杯中混合攪拌10分鐘，轉移到100mL聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應釜，加入20毫升乙醇和水的混合物（V乙醇：V水=9:1）。然后加熱高壓釜180°C下反應18小時，所得沉淀用乙醇洗滌數(shù)次，然后在室溫下干燥。為了檢驗X射線衍射圖與溫度變化，制備鐵摻雜TiO2樣品，隨后在不同溫度下退火。

7、這些退火的樣品，僅用于研究X射線衍射模式的轉變溫度。而那些沒有經(jīng)過退火處理的鐵摻雜TiO2樣品被用來進行所有其他的表征。相比較而言，氮摻雜TiO2的制備，使用與Fe（NO3）3·9H2O（AR）尿素（AR）制備鐵摻雜TiO2單分散納米粒子相同的方法。尿素與Ti（OC4的H9亞型）4的摩爾比控制在1％。德固賽公司獲得了P25的粉末（銳鈦礦和金紅石組成，被廣泛的研究和眾所周知的，有良好的光催化活性）。2-2光催化劑的表征催化劑的晶相由X射線衍射儀（XRDD8改進型，CuK=1.54184nm）以20-80°掃描范圍進行表征。用透射電

8、子顯微鏡（TEM，JEM2010，日本）對樣品微觀結構和形貌進行表征。催化劑的表面成分用X射線光電子能譜（XPS，ESCA-3400）進行了表征。催化劑的比表面積測定應用布魯諾爾埃米特特勒法（BET），樣品在77K進行氮吸附，在180°C脫氣前進行測量。測得的樣