一步火焰辅助热解法制备Fe掺杂嵌碳TiO2及其光催化性能

doi:10.7503/cjcu20130314

摘要/Abstract

摘要：

以钛酸四丁酯、无水乙醇和无水氯化铁为前驱体，通过一步火焰辅助热解法制备了Fe掺杂嵌碳TiO₂，并研究了样品的光催化活性. 利用扫描电子显微镜及能谱、X射线光电子能谱、X射线粉末衍射和紫外-可见漫反射吸收光谱等对样品的形貌、组分、晶型和光吸收进行了表征，并研究了样品在紫外和可见光下的光催化活性. 结果表明，无需后续热处理可直接得到主要是锐钛矿相TiO₂的样品，Fe³⁺以替位掺杂形式进入TiO₂晶格，随掺杂量增加，样品在可见光区域的吸光度提高，吸收带边红移. Fe掺杂量（摩尔分数）小于0.2%可改善样品的光催化活性，当Fe掺杂量为0.1%时，样品在可见光和紫外-可见光照射下均显示出最高的降解亚甲基蓝速率.

关键词: 火焰辅助热解法, Fe掺杂, 嵌碳, TiO₂, 光催化活性

Abstract:

Fe doped carbon incorporated TiO₂ was synthesized with a simple and facile one-step flame-assisted pyrolysis method and its photocatalytic properties were characterized by degradation of methylene blue(MB). The morphology, components, crystalline structure and absorbance of as-prepared samples were characterized by SEM, EDX, XPS, XRD and UV-Vis DRS, respectively. EDX and XPS results show that Fe³⁺ was introduced into TiO₂ lattice by substituting Ti⁴⁺. XRD patterns reflect that mainly anatase TiO₂ was obtained directly without any annealing. The absorbance edges show red shifts, and absorbance of visible light enlarge with increasing Fe amount, indicating the narrowed optical band gap with the introduce of impurity energy levels. SEM results show that the uniform micro spherical shapes of carbon incorporated TiO₂ were damaged with the introduction of Fe. The promoted photocatalytic activity of samples for the degradation of MB was observed under both visible light and UV-Vis light irradiation with Fe doping not more than 0.2%. The highest photocatalytic degradation rate for MB was observed for the sample with 0.1%(molar fraction) Fe. The photocatalytic activity decreased when the Fe doping amount reached to 0.3%.

Key words: Flame-assisted pyrolysis, Fe doping, Carbon incorporation, TiO₂, Photocatalytic activity

中图分类号:

O644
O614.41

TrendMD:

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