α-Fe2O3納米管陣列的制備、摻雜及光催化性能研究.pdf

1、光催化反應(yīng)是在光照的條件下，可以通過半導(dǎo)體光催化劑促成的化學(xué)反應(yīng)，利用光催化反應(yīng)幾乎可分解所有對(duì)人體和環(huán)境有害的有機(jī)物質(zhì)及部分無機(jī)物質(zhì)，它是一種在能源和環(huán)境領(lǐng)域有著重要應(yīng)用前景的綠色技術(shù)。TiO2是應(yīng)用最為廣泛的半導(dǎo)體光催化劑，但其禁帶寬度較大，僅能利用占太陽光譜范圍4％的紫外光部分。Fe2O3是一種窄帶隙(Eg=2.2 eV)光催化劑，其光譜吸收范圍擴(kuò)展到可見光區(qū)，可充分利用太陽光能量，并且Fe2O3材料的成本低廉。然而Fe2O3產(chǎn)生

2、的電子和空穴容易復(fù)合，電子傳導(dǎo)性能差，導(dǎo)致其光催化效率低，限制了Fe2O3材料在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用。
　　本文采用電化學(xué)氧化法在純Fe片上制備出一維納米結(jié)構(gòu)的α-Fe2O3納米管陣列，有利于光生電子和空穴的分離和傳導(dǎo)，從而提升Fe2O3材料的光催化效率，并研究了各因素對(duì)其形貌結(jié)構(gòu)的影響，優(yōu)化了制備方案。然后運(yùn)用水熱法在不同的條件下將SnO2摻入α-Fe2O3納米管陣列中，形成半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)，促進(jìn)光生電子和空穴的分離，進(jìn)一步提高Fe2O

3、3材料的光催化效率。利用SEM、XRD、電化學(xué)工作站、紫外-可見分光光度計(jì)等分析手段對(duì)所得樣品進(jìn)行了結(jié)構(gòu)形貌、晶體結(jié)構(gòu)、光催化性能和光電流的表征。本文開展了如下工作并得到相應(yīng)結(jié)論:
　　1.在含F(xiàn)-的有機(jī)溶液中，采用陽極氧化法制備α-Fe2O3納米管陣列。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)F-含量，電解液的溫度，外加電壓，電解液含水量和氧化時(shí)間等因素對(duì)TiO2納米管陣列的表面形貌有重要的影響。通過這一系列實(shí)驗(yàn)對(duì)比發(fā)現(xiàn):適當(dāng)?shù)腇-含量、氧化時(shí)間的延長(zhǎng)、電解液

4、中適當(dāng)?shù)暮俊⑤^高的反應(yīng)溫度和外加電壓，都會(huì)使覆蓋在表面的大部分氧化物溶解消失。
　　2.陽極氧化法制備Fe2O3納米管的形成機(jī)理與TiO2納米管的制備相似，但由于Fe的金屬性遠(yuǎn)強(qiáng)于Ti，F(xiàn)e2O3納米管的生成速率遠(yuǎn)大于TiO2納米管。陽極氧化法制備Fe2O3納米管陣列是Fe2O3氧化膜不斷生成與溶解結(jié)果。
　　3.利用水熱法制備SnO2/α-Fe2O3異質(zhì)結(jié)。研究了水熱時(shí)間和OH-濃度對(duì)摻入的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):時(shí)間越長(zhǎng)，S

5、nO2在α-Fe2O3納米管陣列上附著越多，SnO2膜層越厚;OH-濃度越高，SnO2在α-Fe2O3納米管陣列上的沉積越困難。水熱時(shí)間和OH-濃度對(duì)SnO2的摻入影響原理不同但效果相近。當(dāng)水熱時(shí)間較短(0.5h)并且控制OH-濃度時(shí)，SnO2均勻分布于α-Fe2O3納米管壁而不改變納米管形貌，此時(shí)Sn原子比例約為2％，未能形成顯著的XRD衍射效應(yīng)和光譜吸收。
　　4.在可見光下，由于α-Fe2O3/SnO2納米異質(zhì)結(jié)有效的促進(jìn)電