氟铁改性二氧化钛纳米材料制备及光催化性能研究.docx

氟铁改性二氧化钛纳米材料制备及光催化性能研究
一.引言
随着环境污染和能源危机日益加剧，光催化技术已成为一种非常有效的净化污染物和能源转换的方式。其中，二氧化钛（TiO2）是最常用的光催化剂之一，具有良好的化学稳定性、光稳定性和较高的光电导率等性质。但是，TiO2本身具有限制性，例如宽带隙、不高的可见光吸收、电荷复合等问题，这些问题限制了它在光催化应用中的性能。因此，需要对TiO2进行改性，以提高其光催化效率。
本文旨在研究氟铁改性二氧化钛纳米材料的制备方法及其光催化性能，为TiO2的进一步优化提供一种新途径。
二.实验方法
2.1材料和设备
氯化钛（TiCl4）、氯化铁（FeCl3）和氟化钠（NaF）等原材料均采购自国内化学试剂公司，二氧化钛纳米颗粒（25-50nm）来源于国内纳米材料公司。反应釜、磁力搅拌器、加热板和紫外–可见分光光度计等实验室设备。
2.2制备氟铁改性TiO2纳米材料
按照流程图制备TiO2改性材料，具体制备过程如下：
步骤1:在氮气气氛中对TiO2进行表面修饰。
将TiO2分散在100mLN，2，气氛下，并加入5mmol的氯化铁水溶液和15mmol的NaF水溶液稳定的pH值。搅拌4小时使其表面吸附上氟铁
步骤2:通过热处理活化改性TiO2纳米材料。
在空气气氛下，将步骤1制备的改性TiO2纳米材料在加热板上热处理2小时。根据具体需要，热处理温度可在250℃-600℃之间选择。所得材料称为FTiO2，经计算表面氟含量约为0.5%-1.0%。
2.3表征方法
使用透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）和BET比表面积等表征方法对FTiO2进行形态、结构和表面性质的表征。其中，TEM用于观察材料的柔性结构；XRD用于分析纳米材料的结晶性；BET比表面积用于计算FTiO2表面积。
2.4光催化性能测试方法
以罗丹明B(RhB)为模拟有机污染物，量化评价FTiO2的光催化活性，测定光催化反应过程中溶液中罗丹明B的去除率。
具体实验过程：将FTiO2纳米材料添加至罗丹明B溶液，溶液浓度为10mg/L。在可见光（λ>420nm）或紫外光（λ>300nm）照射下，测定溶液中罗丹明B浓度的变化，便于计算光降解率。
三.结果及分析
3.1FTiO2纳米材料的形态结构和性质
TEM照片显示，FTiO2纳米颗粒平均尺寸为20-30nm，表明了纳米铁氟改性对TiO2的晶粒生长有一定的影响。XRD结果表明，FTiO2纳米颗粒具有较好的晶化程度，常规的二氧化钛（rutile相）和锐钛矿（anatase相）的XRD峰明显可见。BET测试结果表明，FTiO2纳米颗粒具有比表面积为120.2m2/g。
3.2FTiO2纳米材料的光催化性能测试
以罗丹明B为模拟有机污染物，评价FTiO2的光催化活性。实验结果显示，FTiO2光催化降解RhB的活性相对于未改性TiO2提高了40%以上，可见光下最高降解率为46%。这些结果表明，铁氟改性确实可以有助于提高TiO2的光催化活性，但光催化效率还有提高的空间。
四.结论
本文通过对氟铁改性TiO2纳米材料的制备及光催化性能进行研究，发现铁氟改性确实可以提高TiO2的光催化活性。实验结果表明，FTiO2相对于未改性的TiO2可见光下的降解率提高了超过40%。这为高效、低成本的光催化材料的设计和制备提供了新思路。但是，本研究存在着一些问题，例如更多对FTiO2的材料性质表征工作和实验条件的进一步优化都需要进一步深入研究。