Au与Fe3O4纳米微粒共嵌TiO2纳米纤维的制备及可见光催化性能

doi:10.7503/cjcu20140781

高等学校化学学报 ›› 2015, Vol. 36 ›› Issue (5): 976.doi: 10.7503/cjcu20140781

Au与Fe₃O₄纳米微粒共嵌TiO₂纳米纤维的制备及可见光催化性能

王晓晖^1,², 达胡白乙拉^1,², 李晓天¹()

1. 吉林大学材料科学与工程学院, 汽车材料教育部重点实验室, 长春 130012
2. 内蒙古民族大学化学化工学院, 通辽 028043

收稿日期:2014-08-27 出版日期:2015-05-10 发布日期:2015-04-15
作者简介:联系人简介: 李晓天, 男, 博士, 教授, 博士生导师, 主要从事材料化学研究. E-mail: xiaotianli@jlu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(批准号: 21076094)和内蒙古自然科学基金(批准号: 2012MS0208)资助

TiO₂ Nanofibers Embedded with Au and Fe₃O₄ Nanoparticles for Visible-light Photocatalysis^†

WANG Xiaohui^1,², ^1,², LI Xiaotian^1,^*()

1. Department of Material Science and Engineering, Key Laboratory of Automobile Materials of Ministry of Education,Jilin University, Changchun 130012, China
2. College of Chemistry and Chemical Engineering, Inner Mongolia University for Nationalities, Tongliao 028043, China

Received:2014-08-27 Online:2015-05-10 Published:2015-04-15
Contact: LI Xiaotian E-mail:xiaotianli@jlu.edu.cn
Supported by:
† Supported by the National Natural Science Foundation of China(No.21076094) and the Inner Mongolia Natural Science Foundation, China(No.2012MS0208)

摘要/Abstract

摘要：

通过静电纺丝法制备出含有Fe₃O₄纳米微粒的TiO₂纳米纤维, 再采用浸渍还原法将Au纳米微粒嵌入到TiO₂纳米纤维上, 制备出一种具有较强磁性和良好可见光响应能力的复合光催化材料. 采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和紫外-可见固体漫反射光谱仪(UV-Vis DRS)等对样品的结构和形貌进行表征, 并以降解罗丹明B(RhB)为模型反应, 考察了样品在可见光照射下的光催化性能. 结果表明, 嵌入Au纳米微粒可使复合纳米纤维在可见光下降解RhB时表现出非常好的降解速率和降解率; 同时, 将Fe₃O₄纳米微粒嵌入TiO₂纳米纤维内部可以赋予材料较强的磁性, 使材料便于分离和重复利用.

关键词: 静电纺丝法, TiO2复合纳米纤维, Fe3O4纳米微粒, Au纳米微粒, 可见光催化

Abstract:

TiO₂ nanofibers embedded with Au and Fe₃O₄ nanoparticles, were prepared via a two-step route. Firstly, TiO₂ nanofibers embedded with Fe₃O₄ nanoparticles were synthesized through electrospinning technique. Then the Au nanoparticles were embedded into the nanofibers after sufficient impregnation with HAuCl₄ solution. The structure and morphology of the composite were characterized by X-ray diffraction(XRD), Scan electron microscopy(SEM), transmission electron microscopy(TEM) and UV-Vis diffuse reflection spectra(UV-Vis DRS). The photocatalytic efficiency of the compositc was tested under visible light irradiation using Rhodamine B(RhB) degradation as the model reaction. The UV-Vis spectra reveal that the photo-adsoption ability, especially for visible light, was improved largely after embedding with Au nanoparticles, owing to the increased active surface area and active sites. Therefore, the TiO₂ nanofiber composite exhibited superior photocatalytic efficiency with enhanced degradation efficiency and degradation rate under visible light. Moreover, embedding with Fe₃O₄ nanoparticles endowed the nanofibers with good magnetic property, which allowed overcoming the difficulty of separation and reutilization.

Key words: Electrospinning technique, TiO2 nanofiber composite, Fe3O4 nanoparticles, Au nanoparticles, Visible-light photocatalysis

中图分类号:

O645

TrendMD:

王晓晖, 达胡白乙拉, 李晓天. Au与Fe₃O₄纳米微粒共嵌TiO₂纳米纤维的制备及可见光催化性能. 高等学校化学学报, 2015, 36(5): 976.

WANG Xiaohui, , LI Xiaotian. TiO₂ Nanofibers Embedded with Au and Fe₃O₄ Nanoparticles for Visible-light Photocatalysis^†. Chem. J. Chinese Universities, 2015, 36(5): 976.

图/表 5

Fig.1 XRD patterns of Fe3O4 nanoparticles(a), TiO2 nanofibers embedded with Fe3O4 na-noparticles(b), and TiO2 nanofibers embe-dded with Fe3O4 and Au nanoparticles(c)

Fig.2 SEM images(A and inset), TEM image(B) and HRTEM image(C) of TiO2 nanofibers embedded with Au and Fe3O4 nanoparticles

Fig.3 UV-Vis DRS spectra of TiO2 nanofibers embedded with Fe3O4 nanoparticles(a) and TiO2 nanofibers embedded with Fe3O4 and Au nanoparticles(b)

Fig.4 Photocatalytic-degradation of Rhodamine B under visible light in the presence of different catalystsa. No catalyst; b. TiO2 nanofibers embedded with Fe3O4 nanoparticles; c. TiO2 nanofibers embedded with Au and Fe3O4 nanoparticles; d. recovered TiO2 nanofibers embedded with Au and Fe3O4 nanoparticles with external magnetic field.

Fig.5 Magnetic hysteresis loop of TiO2 nanofibers embedded with Au and Fe3O4 nanopanticles and the separation process(inset)

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Au与Fe₃O₄纳米微粒共嵌TiO₂纳米纤维的制备及可见光催化性能

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