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掺铁纳米TiO_2多孔薄膜的制备及光催化性能研究
掺铁纳米TiO_2多孔薄膜的制备及光催化性能研究
摘要：
钛酸盐是一种常用的光催化材料，可以通过调控其结构和添加特定的掺杂元素来改善其光催化性能。本研究通过溶胶-凝胶法制备了掺铁纳米TiO_2多孔薄膜，并研究了其光催化性能。结果表明，掺铁后的TiO_2多孔薄膜能够显著提高可见光吸收能力，同时在可见光下显示出较高的光催化活性。
1.引言
随着环境污染问题日益严重，光催化技术备受关注。钛酸盐作为一种广泛研究的光催化材料，具有良好的稳定性和高效的光催化活性。然而，传统的钛酸盐材料对紫外光的吸收能力较强，而对可见光的吸收能力较弱，限制了其在可见光下的催化活性。因此，将掺杂元素引入钛酸盐中，能够有效地扩展其可见光吸收范围，提高催化活性。
2.实验方法
本实验采用溶胶-凝胶法制备掺铁纳米TiO_2多孔薄膜。首先，以钛酸四丁酯和乙酸为原料，通过酯缩聚反应制备钛酸酯溶胶。然后，在钛酸酯溶胶中加入FeCl_3掺杂剂，并通过超声处理和搅拌使其均匀分散。接下来，将混合溶胶倾倒在玻璃基板上，并通过旋涂法制备均匀的薄膜。最后，将薄膜在空气中烘烤并退火，得到掺铁纳米TiO_2多孔薄膜。
3.结果与讨论
扫描电子显微镜观察结果表明，制备的掺铁纳米TiO_2多孔薄膜有较好的多孔性结构，孔径约为20-50nm。X射线衍射结果显示，掺铁后的纳米薄膜仍保持了纯相的钛酸盐结构，并有少量的铁元素掺杂进入晶格中。紫外-可见光吸收光谱表明，掺铁纳米TiO_2多孔薄膜在可见光范围内有明显的吸收峰，表明掺铁能够改善材料的可见光吸收能力。光催化活性测试采用了亚甲基蓝降解实验，结果显示掺铁纳米TiO_2多孔薄膜在可见光下表现出较高的光催化活性。
4.结论
本研究成功制备了掺铁纳米TiO_2多孔薄膜，并研究了其光催化性能。实验结果表明，掺铁纳米TiO_2多孔薄膜能够显著提高可见光吸收能力，并呈现出较高的光催化活性。这对于钛酸盐作为光催化材料的应用具有重要意义，有助于推动环境治理和能源开发等领域的发展。
关键词：掺铁纳米TiO_2多孔薄膜，溶胶-凝胶法，光催化性能，可见光吸收能力，环境治理