Fe3+摻雜二氧化鈦薄膜的自組裝制備及其光催化性能研究.pdf

1、納米TiO2問世于80年代后期，它獨特的光學(xué)性能及電性能使其在催化領(lǐng)域及光電電池方面顯示出巨大的潛力，尤其在廢水處理、殺菌、環(huán)保等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。然而，作為光催化材料二氧化鈦的主要缺陷是對太陽能利用率低，光催化性能受到限制。為了提高TiO2的光催化活性及有效利用太陽能，人們嘗試用多種方法對其進(jìn)行改性處理，以提高太陽光光催化效率。
　　 本文以石英玻璃片為基底，以自組裝單層為模板，采用四氯化鈦為鈦源，并以硝酸鐵[Fe(NO

2、3)3·9H2O]為摻雜劑于低溫液相反應(yīng)體系中成功制備出二維大尺寸鐵摻雜二氧化鈦納米薄膜。研究了紫外光和可見光下Fe3+/TiO2納米薄膜在液相反應(yīng)體系對甲基橙溶液(MO)的光催化降解過程，以及紫外光照射下在氣相反應(yīng)體系中對苯的光催化降解反應(yīng)，探討了Fe3+摻雜對TiO2的光催化活性的影響。論文的主要研究進(jìn)展如下：
　　 1)以石英玻璃片為基底(100*20*3mm)，以-SH為外側(cè)功能團的SAMs為模板，并以Fe(NO3)3·

3、9H2O作為摻雜劑，采用自組裝技術(shù)成功制備出致密的二維大尺寸Fe3+/TiO2薄膜，其晶相主要為納米晶金紅石相。改變反應(yīng)條件，TiO2薄膜中金紅石型和銳鈦礦型晶相比例會發(fā)生改變。
　　 2)研究了Fe3+不同摻雜量的TiO2薄膜光催化降解甲基橙的實驗，結(jié)果表明，在紫外光和可見光照射下，F(xiàn)e3+含量為0.5mmol/L的Fe3+/TiO2薄膜效果最好，紫外線照射4h和可見光照射6h后，甲基橙的降解率分別達(dá)到98.62％和87.21

4、％，較之TiO2薄膜分別提高了63％和31％。
　　 3)對比晶相比例不同的Fe3+/TiO2薄膜光催化降解甲基橙的結(jié)果。銳鈦礦相比例較少的樣品和銳鈦礦相比例增加的樣品在可見光下對甲基橙的降解率分別達(dá)到87.21％和90.24％。
　　 4)為確定光催化降解效果，將光催化反應(yīng)后甲基橙殘液進(jìn)行處理，F(xiàn)TIR分析表明殘液中幾乎所有甲基橙分子中的偶氮鍵都已斷裂，大部分甲基橙分子中的苯環(huán)已被打開。
　　 5)分別以TiO

5、2薄膜和摻鐵量為0.5mmol/L的Fe3+/TiO2薄膜為催化劑降解氣相體系苯。苯在光催化劑作用下降解為CO2。實驗結(jié)果顯示，以Fe3+/TiO2薄膜為催化劑，反應(yīng)80min后，CO2的增量為229.368，較之TiO2薄膜提高了34％；苯的相對濃度為0.6749，較之TiO2薄膜降低了8.4％。表明Fe3+摻雜明顯提高了TiO2對氣相體系中苯的光催化效率。
　　 6)對光催化降解甲基橙和苯的過程進(jìn)行動力學(xué)研究，分析結(jié)果表明，