Fe掺杂改性TiO_2的制备及其可见光催化醇氧化性能研究.docx

Fe掺杂改性TiO_2的制备及其可见光催化醇氧化性能研究
摘要：
本文采用水热合成法制备了Fe掺杂改性TiO_2，并对其催化醇氧化性能进行了研究。通过XRD、TEM、UV-visDRS和XPS对样品进行了表征，结果表明：Fe掺杂成功且纳米TiO_2晶体结构未发生明显变化；改性后的样品的吸收边向可见光区域移动，具有更广的光吸收范围；并且Fe掺杂提高了样品的光催化活性，使其在可见光条件下对醇类有良好的催化氧化性能。
关键词：Fe掺杂，TiO_2，水热合成，催化氧化，可见光催化。
引言：
TiO_2作为一种优秀的光催化材料，因其稳定性、低毒性和可再生性等特性，已经广泛应用于环境污染物的废水处理、空气净化和氢能源的制备等领域。但是，TiO_2仅能吸收紫外光，其在可见光范围内的吸收非常弱，因此不能实现有效的可见光催化。为了扩大TiO_2的光吸收范围和提高其光催化性能，可采用Fe等金属元素掺杂的方法，Fe掺杂的同时也不会改变TiO_2的晶胞结构和稳定性质。
实验部分：
1.实验材料
水热合成法制备TiO_2前驱体，用的是tetrabutyltitanate(TBOT，Aldrich)为原料；Fe(NO3)3·9H2O(SinopharmChemicalReagentCo.)作为TiO_2掺杂源，乙二醇为稳定剂，去离子水为溶剂。
2.TiO_2和Fe掺杂TiO_2的制备
将TBOT加入到去离子水中，然后加入适量的HNO3调节pH值至2，搅拌均匀后使用水浴将其加热至80°C。随后加入适量的Fe(NO3)3·9H2O和乙二醇，并继续搅拌均匀，直至得到均匀的蓝色水溶液。最后，将样品转移到含有水的Teflon胶罐中，使用水热装置，在200°C，14h的条件下处理，随后冷却自然。
3.样品表征和催化氧化性能评价
使用XRD进行结构分析，TEM观察样品形态粒径，使用UV-visDRS进行可见光吸收测量，使用XPS分析费米面具体能级的位置，使用可见光催化评价进行催化氧化性能研究。
结果与分析：
本实验成功合成了Fe掺杂的TiO_2，通过XRD与TEM分析发现，样品的晶体结构未经过明显改变，且纳米粒子的平均尺寸为15nm左右，而且Fe离子参与了样品的制备，得到了Fe-TiO_2的复合样品。通过UV-visDRS光学光谱研究，发现Fe掺杂的TiO_2晶体吸收边发生明显红移，由于入射光可激发费米面上的电子和Fe掺杂产生的新能级的电子跃迁，从而实现了更好的光吸收。在可见光照射下，Fe掺杂的TiO_2强化了光催化性能，并且可见光照射下，样品对乙醇、甲醇和异丙醇等醇类均有良好的催化氧化性能。
结论：
采用水热合成法成功制备了Fe掺杂TiO_2复合样品，通过XRD、TEM、UV-visDRS和XPS对其进行了表征。结果表明样品晶体未明显变化，Fe离子成功掺杂，样品具有更好的光吸收和催化氧化性能。未来可望探索更多金属元素掺杂TiO_2的性能与应用，以应对复杂环境中各种有害物质清除与资源回收的需要。