α-Fe2O3納米管陣列的制備、摻雜及光催化性能研究.pdf

1、光催化反應是在光照的條件下，可以通過半導體光催化劑促成的化學反應，利用光催化反應幾乎可分解所有對人體和環(huán)境有害的有機物質及部分無機物質，它是一種在能源和環(huán)境領域有著重要應用前景的綠色技術。TiO2是應用最為廣泛的半導體光催化劑，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產生

2、的電子和空穴容易復合，電子傳導性能差，導致其光催化效率低，限制了Fe2O3材料在光催化領域的應用。
　　本文采用電化學氧化法在純Fe片上制備出一維納米結構的α-Fe2O3納米管陣列，有利于光生電子和空穴的分離和傳導，從而提升Fe2O3材料的光催化效率，并研究了各因素對其形貌結構的影響，優(yōu)化了制備方案。然后運用水熱法在不同的條件下將SnO2摻入α-Fe2O3納米管陣列中，形成半導體異質結，促進光生電子和空穴的分離，進一步提高Fe2O

3、3材料的光催化效率。利用SEM、XRD、電化學工作站、紫外-可見分光光度計等分析手段對所得樣品進行了結構形貌、晶體結構、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結論:
　　1.在含F(xiàn)-的有機溶液中，采用陽極氧化法制備α-Fe2O3納米管陣列。實驗發(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間等因素對TiO2納米管陣列的表面形貌有重要的影響。通過這一系列實驗對比發(fā)現(xiàn):適當?shù)腇-含量、氧化時間的延長、電解液

4、中適當?shù)暮?、較高的反應溫度和外加電壓，都會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納米管的形成機理與TiO2納米管的制備相似，但由于Fe的金屬性遠強于Ti，F(xiàn)e2O3納米管的生成速率遠大于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果。
　　3.利用水熱法制備SnO2/α-Fe2O3異質結。研究了水熱時間和OH-濃度對摻入的影響。實驗發(fā)現(xiàn):時間越長，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。水熱時間和OH-濃度對SnO2的摻入影響原理不同但效果相近。當水熱時間較短(0.5h)并且控制OH-濃度時，SnO2均勻分布于α-Fe2O3納米管壁而不改變納米管形貌，此時Sn原子比例約為2％，未能形成顯著的XRD衍射效應和光譜吸收。
　　4.在可見光下，由于α-Fe2O3/SnO2納米異質結有效的促進電