Fe3+掺杂TiO2光催化纤维材料的制备及表征
Fe3+掺杂的纳米TiO2的水热法制备及光催化性能研究
Fe3+掺杂的纳米TiO2的水热法制备及光催化性能研究许璞;高善民;于忠玺;黄柏标;戴瑛;徐彦宾【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2008(000)010【摘要】以钛酸丁酯和Fe(NO3)3·9H2O为原料,采用水热法制备了Fe掺杂的纳米TiO2.利用XRD,TEM和UV-Vis对样品进行了表征,并研究了不同催化剂用量和pH值等因素对光催化降解次甲基蓝的影响.结果表明:Fe掺杂的纳米TiO2吸收带红移,吸收强度增大,在碱性条件下具有更好的光催化性能,催化剂最佳用量为1.0g/L.【总页数】5页(P328-331,335)【作者】许璞;高善民;于忠玺;黄柏标;戴瑛;徐彦宾【作者单位】鲁东大学,化学与材料科学学院,山东,烟台,264025;鲁东大学,化学与材料科学学院,山东,烟台,264025;山东大学,晶体材料国家重点实验室,济南,250100;鲁东大学,化学与材料科学学院,山东,烟台,264025;山东大学,晶体材料国家重点实验室,济南,250100;山东大学,晶体材料国家重点实验室,济南,250100;鲁东大学,化学与材料科学学院,山东,烟台,264025【正文语种】中文【中图分类】TQ134.1【相关文献】1.双微乳液法制备掺杂Fe3+的纳米TiO2及其光催化性能 [J], 王晶晶;王剑波;卢寿慈2.Fe3+/Ce3+掺杂纳米TiO2的制备及光催化性能研究 [J], 张春梅;邱克辉;陈荣利3.Fe3+掺杂纳米TiO2光催化剂的制备及其光催化性能研究 [J], 杨许召;王军;李刚森;张真真4.Fe3+和La3+共掺杂纳米TiO2的制备及光催化性能的研究 [J], 程绪帮;王振华;刘保江;何瑾馨5.Fe3+,Zn2+共掺杂高效纳米TiO2光催化剂的制备表征及光催化性能 [J], 杨华滨;段月琴;别利剑;袁志好因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
《α-Fe2O3@TiO2核壳的制备及其光催化性能研究》
《α-Fe2O3@TiO2核壳的制备及其光催化性能研究》α-Fe2O3@TiO2核壳结构的制备及其光催化性能研究一、引言随着环境问题的日益严重，光催化技术作为一种新兴的绿色技术，已经引起了广泛关注。
其中，α-Fe2O3和TiO2作为光催化材料，具有优良的光催化性能和稳定性。
近年来，研究者们致力于将二者结合，制备出具有高光催化性能的核壳结构复合材料。
本文将重点探讨α-Fe2O3@TiO2核壳结构的制备工艺及其光催化性能研究。
二、材料与方法（一）材料准备1. α-Fe2O3：选择合适粒径的α-Fe2O3作为核材料。
2. TiO2：选用纯度较高的TiO2作为壳材料。
（二）制备方法1. 核材料α-Fe2O3的制备：采用溶胶-凝胶法或水热法等制备α-Fe2O3纳米粒子。
2. 核壳结构α-Fe2O3@TiO2的制备：采用浸渍法、气相沉积法等方法在α-Fe2O3表面包覆TiO2，形成核壳结构。
（三）光催化性能测试利用紫外-可见光谱仪等设备，测试核壳结构的光吸收性能；采用降解有机污染物等方法，评估其光催化性能。
三、实验结果与分析（一）核壳结构的表征通过透射电子显微镜（TEM）观察，发现成功制备出α-Fe2O3@TiO2核壳结构，壳层厚度均匀，且与核材料紧密结合。
利用X射线衍射（XRD）和拉曼光谱等手段，进一步证实了核壳结构的成功制备。
（二）光吸收性能分析通过紫外-可见光谱测试，发现α-Fe2O3@TiO2核壳结构在可见光区域的吸收性能较单独的α-Fe2O3或TiO2有所提高，表明核壳结构具有优异的光吸收性能。
（三）光催化性能分析以降解有机污染物为例，对比α-Fe2O3、TiO2及α-Fe2O3@TiO2核壳结构的光催化性能。
实验结果表明，α-Fe2O3@TiO2核壳结构具有较高的光催化性能，能够有效降解有机污染物。
此外，核壳结构的光催化性能受壳层厚度、光照射时间等因素的影响。
四、讨论与展望（一）光催化性能提升原因分析α-Fe2O3@TiO2核壳结构的光催化性能提升主要归因于以下几点：首先，TiO2壳层具有较高的光催化活性，能够提高整体材料的光催化性能；其次，核壳结构有利于提高材料的光吸收性能；此外，核与壳之间的界面效应也有助于提高光催化性能。
Fe3+掺杂改性纳米TiO2溶胶的制备及光催化活性艳蓝K-GR脱色的研究
Fe3+掺杂改性纳米TiO2溶胶的制备及光催化活性艳蓝K-GR脱色的研究肖红艳;史元元;陈衍夏;施亦东;莫世清【期刊名称】《印染助剂》【年(卷),期】2008(025)011【摘要】以TiCl4为原料用沉淀法制备了Fe3+参杂的TiO2溶胶,并利用XRD(X 衍射谱)和IR(红外光谱)对掺杂溶胶进行了表征.将该溶胶用于紫外降解活性艳蓝K-GR,利用正交试验研究了染料初始质量浓度和溶胶用量、pH值以及H2O2用量对染料褪色降解的影响.得出最佳降解条件为:染料初始质量浓度100mg/L,Fe3+/TiO2溶胶5 mL、φ(双氧水)1%(对染液体积)、pH值10,紫外光照5 h,对应染料脱色率约为70%.【总页数】4页(P37-40)【作者】肖红艳;史元元;陈衍夏;施亦东;莫世清【作者单位】四川大学轻纺与食品学院,四川成都,610065;四川大学轻纺与食品学院,四川成都,610065;四川大学轻纺与食品学院,四川成都,610065;四川大学轻纺与食品学院,四川成都,610065;四川大学轻纺与食品学院,四川成都,610065【正文语种】中文【中图分类】TQ610.9【相关文献】1.改性花生壳活性炭的制备及其对活性艳蓝X－BR的脱色研究 [J], 段二高;张佳;吴慧芳2.纳米TiO2多孔微粒阳光催化降解活性艳蓝染料 [J], 杨克莲;叶征琦;杜宗杰;陈甫华;张保龙3.溶胶-凝胶法制备纳米TiO2及其光催化活性研究 [J], 石建稳;郑经堂;胡燕;赵玉翠4.溶胶-凝胶法制备纳米TiO2及其光催化活性的研究 [J], 王彦红;王德松;李雪艳;罗青枝;岳建霞5.太阳能TiO2膜对活性黄棕K-GR的光催化脱色研究 [J], 赵春禄;暴勇超因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
《非金属及金属掺杂空盒状TiO2的制备和光催化性能研究》
《非金属及金属掺杂空盒状TiO2的制备和光催化性能研究》一、引言随着环境问题的日益严重，光催化技术作为一种新型的环保技术，已经引起了广泛关注。
在众多光催化剂中，TiO2因其化学稳定性好、无毒、成本低廉等优点被广泛研究。
然而，TiO2的光催化性能受到其结构、形态和表面性质等多种因素的影响。
为了提高TiO2的光催化性能，研究人员采用各种方法对其进行了改性，其中非金属及金属掺杂是一种有效的手段。
本文旨在研究非金属及金属掺杂空盒状TiO2的制备及其光催化性能。
二、材料与方法1. 实验材料本实验所使用的原材料包括TiO2（P25）、不同非金属和金属掺杂剂、表面活性剂等。
2. 制备方法（1）空盒状TiO2的制备：采用溶胶-凝胶法结合高温煅烧法制备空盒状TiO2。
（2）非金属掺杂：选择合适的非金属元素，如氮（N）、硫（S）等，通过浸渍法或溶胶-凝胶法将其引入到空盒状TiO2中。
（3）金属掺杂：选择合适的金属元素，如钒（V）、铁（Fe）等，采用类似的方法将其引入到空盒状TiO2中。
3. 光催化性能测试采用甲基橙作为目标降解物，在紫外光照射下测试样品的光催化性能。
通过测定降解率来评价样品的性能。
三、结果与讨论1. 制备结果（1）成功制备了空盒状TiO2，其具有较高的比表面积和良好的结晶性。
（2）非金属和金属掺杂后，TiO2的晶体结构、形貌和光学性质发生了明显变化。
2. 光催化性能分析（1）未掺杂的空盒状TiO2具有一定的光催化性能，但降解率较低。
（2）非金属掺杂后，TiO2的光吸收范围得到扩展，光催化性能得到提高。
其中，氮掺杂的TiO2具有较好的可见光响应性能。
（3）金属掺杂后，TiO2的光催化性能也得到了提高。
金属元素的引入可以改变TiO2的电子结构，从而提高其光催化活性。
此外，金属元素还可以作为光生电子和空穴的捕获中心，减少电子-空穴对的复合，进一步提高光催化性能。
（4）对比非金属和金属掺杂的TiO2，发现两者均能提高光催化性能，但具体效果因掺杂元素、掺杂量及制备方法等因素而异。
《α-Fe2O3@TiO2核壳的制备及其光催化性能研究》
《α-Fe2O3@TiO2核壳的制备及其光催化性能研究》α-Fe2O3@TiO2核壳结构的制备及其光催化性能研究摘要：本文主要探讨了一种新型核壳结构——α-Fe2O3@TiO2的制备工艺及其在光催化领域的应用。
本研究的重点是探究通过科学合理的方法，将α-Fe2O3与TiO2材料复合成具有独特核壳结构的复合材料，并研究其光催化性能。
实验结果表明，制备的α-Fe2O3@TiO2核壳结构材料具有显著的光催化性能，对环境治理和光催化应用具有潜在的应用价值。
一、引言随着环境问题的日益严重，光催化技术作为一种环保、高效的污染治理技术，得到了广泛的研究和应用。
其中，α-Fe2O3和TiO2都是常用的光催化剂，它们各自具有独特的性能。
但单独使用时，各自存在一定的缺陷，如稳定性、可见光响应能力等。
为了充分发挥两种材料的优势，提高光催化性能，本文尝试制备了α-Fe2O3@TiO2核壳结构材料。
二、α-Fe2O3@TiO2核壳结构的制备本实验采用溶胶-凝胶法与浸渍提拉法相结合的方法制备α-Fe2O3@TiO2核壳结构材料。
首先，制备出α-Fe2O3纳米粒子作为核心；然后，通过溶胶-凝胶法在α-Fe2O3表面形成一层TiO2凝胶膜；最后，通过浸渍提拉法使TiO2凝胶膜固化，形成核壳结构。
三、材料表征及性能分析通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）等手段对制备的α-Fe2O3@TiO2核壳结构材料进行表征。
结果表明，成功制备了具有清晰核壳结构的α-Fe2O3@TiO2材料。
同时，通过紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）和光电流测试等手段对材料的光催化性能进行分析。
四、光催化性能研究在模拟太阳光照射下，对α-Fe2O3@TiO2核壳结构材料的光催化性能进行测试。
通过降解有机污染物（如染料废水）评价其光催化效果。
实验结果表明，相比单独的α-Fe2O3和TiO2材料，α-Fe2O3@TiO2核壳结构材料具有更好的光催化性能和更高的可见光响应能力。
铁掺杂纳米TiO2溶胶-凝胶法合成及其光催化性质研究
铁掺杂纳米TiO2溶胶-凝胶法合成及其光催化性质研究周文（10340027）（广东省广州市海珠区中山大学510275）摘要：本实验采用溶胶-凝胶法制备纳米TiO2，同时利用FeCl3对其进行改性，掺杂（混合）Fe量分别是0%（空白）、2%、4%、6%、8%、10%等。
利用X射线粉末衍射（XPRD）对改性后的TiO2进行表征，同时用UV-vis探究其光催化降解甲基橙能力，从而得到光催化活性较高的纳米TiO2材料的Fe掺杂比例。
关键词：溶胶-凝胶法TiO2光催化紫外可见光谱XPRD1.引言自从1972年Fujishima发现TiO2电极在紫外光照射下可以光解水制氢以来，TiO2的光催化性能得到了广泛的研究。
众所周知TiO2的量子产率是由光致电子与空穴盼产生与复合决定的，而TiO2的颗粒大小则会直接影响光致电子与空穴的运动变化，具有较小的晶粒大小一般来说会提高TiO2的光学性能。
因此，通过制各均匀细小的TiO2纳米颗粒以及对TiO2进行改性如：掺杂、半导体复合、表面贵金属修饰和有机染料敏化等方法，都可以提高TiO2的光催化性能，使其满足现代生活中各种不同的需求。
［1］TIO2纳米粒子的制备方法近年来也得到了广泛深入的研究，主要包括溶胶-凝胶法、水热法、化学沉淀法、溶剂热法等，其中溶胶-凝胶法因合成工艺简单，反应条件温和且容易控制等优点，而成为最常用的制备TIO2纳米粒子的合成方法。
在溶胶-凝胶反应中，钛酸醇盐具有很强的反应活性，水解与缩合反应迅速，因此，对产物性形态、结构的控制，一直是溶胶一凝胶法制备纳米二氧化钛粒子的难点所在。
［2］本实验采用溶胶-凝胶法制备纳米TiO2，同时利用FeCl3对其进行改性，掺杂（混合）Fe量分别是0%（空白）、2%、4%、6%、8%、10%等。
利用X射线粉末衍射（XPRD）对改性后的TiO2进行表征，同时用UV-vis 探究其光催化降解甲基橙能力，从而得出光催化活性较高的纳米TiO2材料的Fe掺杂比例。
Fe_(3)O_(4)@TiO_(2)核壳材料的制备及光催化性能研究
2021年第8期广东化工第48卷总第442期ꞏ9ꞏFe3O4@TiO2核壳材料的制备及光催化性能研究宋高(武汉工程大学化学与环境工程学院，湖北武汉430000)[摘要]以Fe3O4为核合成了具备光催化活性和磁性的Fe3O4@mTiO2核壳结构复合材料，并研究其光催化性能。
在Fe3O4纳米颗粒表面包覆TiO2壳层，改变钛酸四丁酯(TBOT)用量调控TiO2壳层厚度，结果显示，当TBOT用量为0.35g时可获得具有最佳壳层厚度的Fe3O4@TiO2核-壳材料。
随后，利用水热法将无定型TiO2转变为锐钛矿型TiO2，获得了具有高比表面积和光催化活性Fe3O4@TiO2核壳材料，并以亚甲基蓝作为模型分子评估其光催化性能。
[关键词]四氧化三铁；二氧化钛；光催化；核壳结构；水热法[中图分类号]TQ[文献标识码]A[文章编号]1007-1865(2021)08-0009-03The Preparation and Photocatalytic Performance ofFe3O4@TiO2Core-shell NanospheresSong Gao(Wuhan Institute of Technology,School of Chemical and Environmental Engineering,Wuhan430000,China) Abstract:Fe3O4@mTiO2core-shell nanospheres with excellent photocatalytic performance and magnetic responsibility were prepared by using Fe3O4as the core.The sol-gel method was used to coat the TiO2shell and the thickness of TiO2shell was changed by changing the amount of TBOT.The results show that Fe3O4@TiO2core-shell nanospheres with the best thickness can be obtained when the dosage of TBOT is0.35g.Then,amorphous TiO2was transformed into anatase TiO2by hydrothermal method to obtain Fe3O4@TiO2core-shell nanospheres with high specific surface area and photocatalytic activity,and its photocatalytic performance was evaluated by degradation of methylene blue.Keywords:Fe3O4；Titanium dioxide；Photocatalysis；Core-shell structure；Hydrothermal method随着印染、食品、服装等工业的快速发展，有机染料的大量使用产生了严重的污染问题。
光沉积fe(Ⅲ)掺杂tio2光催化降解莠去津废水研究
化工技术与开发 Technology & Development of Chemical Indusn. 2020
光沉积 Fe（Ⅲ）掺杂 TiO2 光催化降解莠去津废水研究
张新海
（鹤壁职业技术学院，河南 鹤壁 458030）
基金项目：鹤壁职业技术学院 2018 年度校本科研重点课题（2018-KJZD-004） 作者简介：张新海（1977-），男，汉族，河南省延津县人，副教授，主要从事化学工程技术研究和分析检测。E-mail: goldhai7527@ 收稿日期：2019-11-08
第1期
张新海：光沉积Fe（Ⅲ）掺杂TiO2光催化降解莠去津废水研究
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去津的含量 。 [4-5] 按式 (1) 计算光催化效率，该数值
越大，说明光催化的效果越好，催化剂性能越好。
催化效率 η/％ =（C0-Ct）/C0×100%
（1）
式中：Ct 为光催化反应后溶液残留莠去津浓度； C0 为原始莠去津浓度。
2 结果与讨论
催化效率 /%
2.1 反应时间对催化效率的影响
60
50
40
30
20
10
0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 反应时间 /min 图 3 反应时间对催化效率的影响
Fig. 3 Effect of reaction time on catalytic efficiency
2.2 催化剂使用量对催化效率的影响
实验过程中，改变 Fe（Ⅲ）掺杂 TiO2 光催化剂 的投入量，催化剂浓度为 0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、
摘 要：采用光沉积法制备了Fe（Ⅲ）掺杂TiO2光催化剂，考察了反应时间、催化剂使用量、过氧化氢浓度、 溶液pH值以及催化剂的重复使用对光催化降解莠去津废水效率的影响。结果表明，在反应时间14min、催化剂浓度 0.8g·L-1、双氧水浓度0.8mmol·L-1、pH=3的最佳实验条件下，该催化剂处理莠去津废水的催化降解效率可达95%以上，
掺Fe^(3+)的TiO_2制备及其可见光催化降解亚甲基蓝
掺Fe^(3+)的TiO_2制备及其可见光催化降解亚甲基蓝张一兵;阿哈古丽;米热阿依【期刊名称】《河北师范大学学报：自然科学版》【年(卷),期】2016(0)3【摘要】采用水热法制备了TiO_2晶体粉末,用XRD对其结构进行表征,并研究了可见光照射下其催化降解亚甲基蓝的效果,分析了亚甲基蓝初始质量浓度、TiO_2用量、掺Fe^(3+)量、光照时间和溶液初始pH值等因素的影响.结果表明:所制备TiO_2晶体为锐钛型,在1.5mg/L的亚甲基蓝溶液中(pH=8),加入掺Fe^(3+)量0.8%(摩尔分数)制备的TiO_2粉末使其用量为0.6g/L,室温下可见光照(40W白炽灯)反应6.5h,亚甲基蓝的降解率达96.12%.降解过程可用L-H动力学方程描述,表现为拟一级反应,速率常数为0.373 3/h.【总页数】5页(P239-243)【关键词】亚甲基蓝;TiO2/Fe^3+;可见光;光催化;降解【作者】张一兵;阿哈古丽;米热阿依【作者单位】上饶师范学院化学化工学院;江西省塑料制备成型重点实验室【正文语种】中文【中图分类】O614.4;X131.2【相关文献】1.掺锌纳米TiO_2 光催化降解亚甲基蓝研究 [J], 王景芸2.TiO_2/MWNT_S的制备及可见光催化降解亚甲基蓝染料 [J], 李艳霞;黄雅丽;缪玲3.Fe^(3+),Y^(3+)掺杂对TiO_2粒子自然光催化降解甲基橙效果的影响 [J], 周艺;刘其城;何小川4.Sol-Gel法制备活性炭载TiO_2复合光催化剂及其光催化降解亚甲基蓝 [J], 邢新艳;马玉雪;赵东方;朱桂芬;席国喜5.改性沸石/TiO_2的制备及光催化降解亚甲基蓝 [J], 廖刚;苏春雷;何玉明因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
Fe／ TiO
Fe／TiO2／酸改性土催化剂制备及可见光性能研究以TiOSO4为钛源，Fe（NO3）3为铁掺杂剂，H2SO4改性煅烧高岭土为载体，采用沉淀法制备Fe/TiO2/酸改性高岭土催化剂，用SEM、XRD、吡啶-IR、UV-vis方法对所制得的催化剂进行表征，并以草酸为目标降解物考察催化剂在可见光下的光催化性能。
结果表明：铁的掺杂有利于样品对紫外光强烈吸收并发生红移，而酸改性增加了载体孔道同时也提高了催化剂对可见光的吸收。
当铁的掺杂量为2wt%，H2SO4改性浓度为20%时，所制得的催化剂活性最好，草酸降解率高达80%。
标签：TiOSO4水解；铁掺杂；可见光；光催化；草酸TiO2是一种应用比较广泛的光催化材料，具有无毒、廉价、高活性等特点，但其仍存在禁带宽度高、太阳能利用率低、回收分离难等问题，难以付诸于工业化应用，因此适当的对二氧化钛进行改性，是半导体催化剂技术实用的关键，许多研究表明，适当的对TiO2进行表面改性、掺杂、负载等手段改性可提高其可见光利用率，同时也有利于催化剂的回收利用。
掺杂主要有有金属、非金属、共掺杂等。
其中金属掺杂主要通过两种途径来影响TiO2的光催化活性，即在TiO2晶格中形成活性“小岛”，影响电子和空穴的产生、复合和传递过程；金属元素的能级位于TiO2的禁带中，引起其晶体的能带结构发生变化。
本文以TiOSO4水解沉淀法制备铁掺杂的TiO2负载型催化剂，使得掺杂与负载在同一工艺中实现，以提高太阳能利用率和催化剂的回收利用，对制得的样品进行表征，并考察其在可见光下对草酸的光催化降解性能。
1实验部分1.1试剂和仪器TiOSO4、Fe（NO3）3、H2SO4、尿素、氨水、草酸均为分析纯，清水河县煅烧高岭土。
SX5-12LL程度升温马弗炉（浙江上虞市建材仪器厂），SHZ水循环真空泵（上海亚荣生化仪器厂），BL_PLH20光反应器（西安比朗生物科技有限公司），UV-2500DC紫外-可见吸收光谱仪（日本岛津公司），NeXus-670红外光谱分析仪（美国Nicolet公司），D8-Advance X-射线衍射分析仪（德国），5-3400N 扫描电子显微镜（日本日立公司）。
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[Article]www.whxb.pku.edu.cn物理化学学报(WuliHuaxueXuebao)ActaPhys.鄄Chim.Sin.,2009,25(8)：1561-1566August
Received:January14,2009;Revised:April14,2009;PublishedonWeb:May26,2009.鄢Correspondingauthor.Email:subt0608@nwnu.edu.cn,subt0608@sina.com;Tel:+86鄄931鄄7975055.
TheprojectwassupportedbytheNaturalScienceFoundationofGansuProvince,China(0710RJZA119).甘肃省自然科学基金(0710RJZA119)资助项目鬁EditorialofficeofActaPhysico鄄ChimicaSinica
Fe3+掺杂TiO2光催化纤维材料的制备及表征
苏碧桃鄢孙佳星胡常林张小红费鹏雷自强(西北师范大学化学化工学院,省部共建生态环境相关高分子材料教育部重点实验室,甘肃省高分子材料重点实验室,兰州730070)
摘要：以棉花纤维为模板制备了一系列Fe3+掺杂的、具有中空纤维结构的TiO2光催化材料(Fe3+/TiO2),利用热重分析(TG)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、zeta电位、红外光谱(IR)和紫外鄄可见光谱(UV鄄Vis)等技术对其形貌、晶体结构及表面结构、光吸收特性等进行了表征.以亚甲基蓝(MB)溶液的脱色降解为模型反应,考察了不同Fe3+掺杂量的样品在太阳光下的光催化性能.结果表明,用模板法制备的Fe3+/TiO2中空纤维结构材料表面存在大量纳米微粒(平均尺寸约12nm);Fe3+可能均匀分散于锐钛矿结构的TiO2中,部分取代Ti4+的晶格位置,既拓宽了TiO2的光谱响应范围,又形成了TiO2晶体结构的缺陷,使其表面带负电荷.在太阳光条件下,该纤维结构材料较纯TiO2对MB溶液具有更好的光催化脱色降解效果,且Fe3+的掺入量显著影响该纤维材料的催化性能;当Fe3+掺杂量为0.15%(w),在500益焙烧2h所得中空纤维材料的催化性能最好,2h即可使MB溶液的脱色降解率达93%;重复使用5次仍可使MB溶液的脱色降解率保持在90%以上,且该催化剂材料易于离心分离去除.因此,以该模板合成法,通过Fe3+的掺杂有望使TiO2成为一种低或无能耗、高活性的绿色环保型催化材料.
关键词：光催化;TiO2
;Fe3+掺杂;棉花纤维;模板法;制备;表征
中图分类号：O649
PreparationandCharacterizationofFe3+鄄DopedTiO2PhotocatalyticFiberMaterials
SUBi鄄Tao鄢SUNJia鄄XingHUChang鄄LinZHANGXiao鄄HongFEIPengLEIZi鄄Qiang(KeyLaboratoryofPolymerMaterialsofGansuProvince,KeyLaboratoryofEco鄄Environment鄄RelatedPolymerMaterials,MinistryofEducationandGansuProvince,CollegeofChemistryandChemicalEngineering,NorthwestNormalUniversity,Lanzhou730070,P.R.China)
Abstract：AseriesofFe3+鄄dopedTiO2photocatalyticmaterials(Fe3+/TiO2)withahollowfiberstructureweresuccessfully
preparedusingcottonfiberasthetemplate.Thermo鄄gravimetric(TG),scanningelectronmicroscopy(SEM),X鄄raydiffraction(XRD),zetapotential,infraredspectroscopy(IR),andUV鄄visiblespectroscopy(UV鄄Vis)wereemployedtocharacterizethemorphology,crystalstructure,surfacestructure,andopticalabsorptionpropertiesofthesamples.Usingthedegradationofmethyleneblue(MB)asamodelreaction,thephotocatalyticpropertiesofthesampleswithdifferentamountsofFe3+鄄dopedwereinvestigated.Resultsshowedthatalargenumberofnanosizedparticlesexistedonthesurfaceofthefibermaterialswithhollowstructures,indicatingthatthesematerialshadalargespecificsurfacearea.Fe3+ionswerepossiblywelldistributedinthelatticestructureofanataseTiO2andpartiallyreplacedTi4+whichcausedabroadeningofthespectralresponseofTiO2andalsocauseddefectsinthecrystalstructure.ThefiberstructurematerialshowedbetterphotocatalyticpropertiesforthedegradationofMBthanpureTiO2undersolarlightandtheamountofFe3+鄄dopedsignificantlyaffectedthecatalyticproperty.Onthesurfaceofthefibermaterialwith0.15%(w)ofFe3+鄄doped,thedecolorizingefficiencyoftheMBsolutionreached93%atradiationtimeof2handremained
1561
万方数据ActaPhys.鄄Chim.Sin.,2009
Vol.25
above90%uponrepetition(5times).Thematerialwaseasilyremovedbycentrifugalseparation.Therefore,usingthetemplatemethodandbydopingwithFe3+,TiO2mayhopefullybecomealow鄄ornon鄄energyconsuming,highactivityandgreenenvironmentallyfriendlycatalyticmaterial.
KeyWords:Photocatalysis;TiO2;Fe3+鄄doped;Cottonfiber;Templatemethod;Preparation;
Characterization
TiO2是一种性能优良、用途广泛的半导体材料,具有稳定性好、无毒和成本低等特点,作为光催化剂在大气、水体等环境中的有机和无机污染物降解方面有着广阔的应用前景.但TiO2带隙较宽(Eg=3.2eV),仅能吸收波长小于380nm的紫外光,而紫外光在太阳光中仅占3%-5%,加上光生电子和空穴易于复合,光量子效率低,阻碍了TiO2光催化材料的实际应用[1,2].为此,人们利用多种手段对TiO2进行修饰改性,希望在拓展TiO2的光谱响应范围,提高光能尤其是太阳能利用率的同时能够有效降低光生电荷(电子e-鄄空穴h+对)的复合以提高量子效率.TiO2的改性手段主要有贵金属修饰[3,4]、半导体复合[5]、聚合物修饰[6-8]、过渡金属离子掺杂[1,9-12]等.其中过渡金属离子掺杂有众多研究小组对其进行了研究,如Hoffmann等[9]利用21种不同金属离子对TiO2进行了掺杂,结果表明只有Fe3+、V4+和Mo5+能成功掺杂,且当掺杂量x在0.1%-0.5%区间时对TiO2的催化性能才有显著的改善.熊裕华等[10]认为,由于Fe3+的价d轨道既可以捕获光生电子e-,也可以捕获空穴h+,所以适量Fe3+的掺杂可以提高TiO2的光催化活性,但当Fe3+掺杂量太大,致使Fe3+在TiO2中的分散距离减小,反而会使电子与空穴的复合率增加而降低TiO2的光催化活性.Graetzel等[11]认为,Fe3+、V4+和Mo5+是通过提高光生电荷的寿命来提高TiO2光催化活性的;而Palmisano等[12]的研究结果则表明,如果将过渡金属离子引入到TiO2中将使其催化活性受到抑制等.可以发现,到目前为止,关于过渡金属离子修饰改性TiO2的结果还未得到一致的结论.事实上,要将各种不同实验条件下的结果进行比较是不可能的,因为合成条件、后处理过程、催化剂的晶体结构、表面状态、电子特性等众多因素均对催化剂的性能产生影响.本实验室以棉花纤维为模板,对TiO2进行Fe3+掺杂修饰,制备出一系列Fe3+掺杂的、具有中空纤维结构的Fe3+/TiO2光催化材料;利用SEM、XRD、zeta电位、IR和UV鄄Vis等技术对其形貌、晶体结构与表面结构及其光谱响应特性等进行了表征;以亚甲基蓝(MB)溶液的脱色降解为模型反应,在太阳光下,
考察了Fe3+掺杂量对其催化性能的影响.希望能够为建立掺杂金属离子的种类、掺杂量等与TiO2催化性能之间的关系提供可靠的实验依据.
1实验部分1.1主要仪器与试剂DiamondTG/DTG/SPAECTRUNONE型热重
分析仪(TG)(美国PE公司);JSM鄄5600LV型扫描电子显微镜(SEM)(日本电子光学公司);D/Max鄄2400型粉末X射线衍射仪(XRD)(日本理学公司);UV鄄2550型紫外鄄可见光谱仪(日本Shimadzu公司);Nano
ZS型纳米粒度测定仪(zeta)(英国);FTS3000型傅立
叶红外光谱仪(美国DIGILAB公司).所用试剂有钛酸四丁脂(分析纯,上海科丰化学试剂有限公司)、硝酸铁(分析纯,天津市光复精细化工研究所)、无水乙醇(分析纯,北京中联化工试剂厂)、亚甲基蓝(MB)(分析纯,北京化工厂),所用试剂均用去离子水配制.脱脂棉花纤维产地为新疆.1.2Fe3+/TiO2纤维结构光催化材料的制备