基于铁氧化物的功能杂化材料的设计、合成及其光催化性质研究

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近年来,光催化降解环境中的污染物及毒物已受到人们的高度关注。众所周知,改性催化剂可有效提高其光催化活性,其中调控其结构与组成是探索新型光催化材料的有效途径。目前,此方面的研究已被大量报道,比如金属硫化物,金属氧化物和金属有机化合物。相对而言,金属氧化物具有可调带宽,无毒,价廉的特性,因此其被应用于光催化领域。另一方面,α-Fe2O3具有磁性可分离性,环境友好性及易得性,已经成为研究最为广泛的催化剂之一。此外,2.2eV的能级带宽使得α-Fe2O3同时还具有可见光响应性质。   由于电子迁移可以加速电子空穴对的重组,但是α-Fe2O3的电子迁移率较低(一般0.01cm2·V-1s-4至0.1cm2·V-1s-5),因此其催化活性不高,限制了其应用。而TiO2具有化学稳定性,环境友好性及较高的活性,使其被广泛地用在光催化领域。由于其能带宽度是3.2eV,因此只对紫外光(波长小于387nm)响应,而对可见光的利用率却很低。总的来说,光生载流子的高分离效率和半导体表面电子富积量之间的兼容性是获得高效光催化反应的关键。   基于以上研究背景,本研究设计合成了一系列基于铁氧化物的纳米功能材料。主要有以下三部分:   1、以纳米颗粒为模板,水热法合成了分级多孔的铁/钛核-壳纳米材料。样品通过扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM)以及高分辨透射电镜(HRTEM)等进行了表征。并分别讨论了系列样品在可见及紫外光的照射下的光催化活性。   2、通过聚合相分离法,我们合成了钇掺杂的氧化铁纳米材料。样品通过X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM),紫外-可见吸收光谱及磁滞曲线表征。并且,我们讨论了样品在双氧水条件下对亚甲基蓝(MB)的光降解效果。   3、我们以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)纳米小球为模板,合成了三维有序大孔铁钛杂化材料。我们系统研究了其形貌和紫外-可见吸收光谱,发现样品在可见光照射下,其光降解活性随着铁的量不同而变化。
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