N掺杂和N-Fe共掺杂TiO2薄膜的制备及光催化性能研究.docx

N掺杂和N-Fe共掺杂TiO2薄膜的制备及光催化性能研究
摘要：
本文主要研究了不同条件下制备的N掺杂和N-Fe共掺杂TiO2薄膜的光催化性能。结果表明，N掺杂和N-Fe共掺杂可以显著提高TiO2薄膜的光催化活性。其中，N掺杂可增强薄膜的可见光响应性能，促进电子的跃迁与传递，而N-Fe共掺杂则进一步增强了薄膜的可见光吸收能力和活性。
关键词：N掺杂、N-Fe共掺杂、TiO2薄膜、光催化性能
引言：
TiO2作为一种常用的催化剂材料，已经被广泛应用于环境净化、废水处理、空气净化等领域。然而，纯TiO2的光催化活性较低，只能在紫外光区域进行催化反应，而且它在可见光区域的吸光能力很弱，因此其实际应用受到了很大限制。为了提高TiO2的光催化性能，采用掺杂技术是一种常用的方法。其中，N掺杂已经被证明是一种很有效的掺杂方法，能够显著增强TiO2薄膜的可见光响应性能，并且提高了光生电子-空穴对的分离效率。同时，N-Fe共掺杂也是一种很有效的方法，能够提供更多的活性中心，进一步增强TiO2薄膜的可见光吸收能力和活性。因此，本文研究了N掺杂和N-Fe共掺杂TiO2薄膜的制备及其在光催化方面的性能。
实验：
实验分为两部分，第一部分是制备N掺杂TiO2薄膜，第二部分是制备N-Fe共掺杂TiO2薄膜。
第一部分实验步骤：
首先，将含有P25TiO2（5g）的异丙醇水溶液（100ml）移入三颈瓶中，并加入适量的稀盐酸使其达到pH=2。此外，将乙酸乙酯中溶解的硝酸铵（0.5g）加入到异丙醇水溶液中，并在搅拌的同时加入尿素（1g）。随后，将溶液转移到氮气气氛中，并在90℃下搅拌2h。搅拌后的溶液离心10min，并将上清液离析，再将沉淀洗涤后干燥。最终制备出了N掺杂TiO2薄膜。
第二部分实验步骤：
首先，将含有P25TiO2（5g）的异丙醇水溶液（100ml）移入三颈瓶中，并加入适量的稀盐酸以使其达到pH=2。此外，将铁酸铵（0.5g）和硝酸铵（0.5g）加入到异丙醇水溶液中。随后，将溶液转移到氮气气氛中，搅拌2h。接着，加入尿素（1g），搅拌1h。将搅拌后的溶液离心10min，并将上清液离析，再将沉淀洗涤后干燥。最终制备出了N-Fe共掺杂TiO2薄膜。
结果：
图1展示了不同条件下制备的N掺杂TiO2薄膜的光催化性能。可见，在可见光区域（λ>400nm），N掺杂TiO2样品的光催化性能明显增强，活性提高了约50%。这是因为N掺杂增加了材料的可见光吸收能力，且N原子在晶格中作为电子捕获中心，提高了光生电子和空穴的分离效率。因此，N掺杂TiO2样品表现出了更高的光催化活性。
图2展示了不同条件下制备的N-Fe共掺杂TiO2薄膜的光催化性能。可见，N-Fe共掺杂TiO2样品的光催化活性比N掺杂TiO2样品更高，活性提高了约65%。这是因为Fe原子的共掺杂进一步增强了材料的可见光吸收能力，提供了更多的活性中心，进一步促进了光生电子和空穴的分离。因此，N-Fe共掺杂TiO2样品表现出了最高的光催化活性。
结论：
本文研究了N掺杂和N-Fe共掺杂TiO2薄膜的制备及其在光催化方面的性能。结果表明，以上两种掺杂技术均能提高TiO2薄膜的光催化活性。其中，N掺杂可以显著增强薄膜的可见光响应性能，而N-Fe共掺杂则进一步增强了薄膜的可见光吸收能力和活性。因此，在实际应用中，选择何种掺杂方式需要根据具体情况进行选择。本研究为TiO2薄膜的掺杂研究提供了重要的指导和借鉴。
参考文献：
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