β-Fe_2O_3基可见光催化材料的制备及其降解四环素研究

Fe_2O_3作为一种光催化材料,在光催化降解抗生素类污染物方面有着广泛的应用.为了进一步提高β-Fe_2O_3在可见光下降解水中抗生素的催化效率,通过水热法和浸渍法合成了β-Fe_2O_3、g-C3N4/β-Fe_2O_3和Ag/β-Fe_2O_3材料,并通过XRD、SEM、DRS、FTIR、XPS等现代表征技术手段对制备出的光催化剂进行了结构及光催化性能分析.并比较了可见光下β-Fe_2O_3、g-C3N4/β-Fe_2O_3和Ag/β-Fe_2O_3材料光催化降解效果.结果表明:在pH为10时制备的负载1.5 wt%Ag的Ag/β-Fe_2O_3催化材料在可见光下降解四环素的效率最高,降解率达到了95%(120min),表现出很好的催化活性,为利用光催化法处理抗生素废水提供了一种新型的可见光催化材料.     

Ag/α-Fe_2O_3/g-C_3N_4光催化降解罗丹明B

为了使g-C_3N_4光生电子和空穴容易复合,改善可见光响应低等缺点,该实验中采用溶胶-凝胶法将g-C_3N_4和α-Fe_2O_3进行复合形成g-C_3N_4异质结光催化剂,再采用光沉积法将Ag沉积在α-Fe_2O_3/g-C_3N_4上,构建Z型机制Ag/α-Fe_2O_3/g-C_3N_4催化剂材料,改善光生电荷的分离和传输能力及可见光响应,进一步增强其光催化降解污染物活性.最后通过XRD、FT-IR、XPS、SEM、TEM、紫外-可见漫反射光谱表征光催化剂结构和性能,并以染料罗丹明B溶液模拟废水,研究催化剂的降解动力学特性,通过活性基团捕获实验探究光催化机制.实验结果表明:(1)α-Fe_2O_3和g-C_3N_4复合形成异质结,当α-Fe_2O_3负载量为3%时,α-Fe_2O_3/g-C_3N_4光催化性能比纯的g-C_3N_4有了明显的提高,光催化性能降解罗丹明B达到79%.(2)Ag负载在α-Fe_2O_3/g-C_3N_4,当Ag的负载量为3%时,在可见光下3.5 h能够对罗丹明B达到95%以上的降解.(3)Ag/α-Fe_2O_3/g-C_3N_4增强的光催化剂性归因于α-Fe_2O_3和g-C_3N_4形成异质结以及Ag加入后形成Z型异质结结构.     

磁性Fe_3O_4/α-Fe_2O_3核壳材料降解水中亚甲基蓝

以Fe_3O_4为核,以α-Fe_2O_3为壳层,合成出一种核壳结构的Fe_3O_4/α-Fe_2O_3纳米复合材料.采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X-射线衍射仪(XRD)等表征手段对核壳材料的形貌、组成及结构等进行了表征,并将其应用于亚甲基蓝溶液的降解.结果表明:核壳结构的Fe_3O_4/α-Fe_2O_3纳米粒子粒径约为50~80nm.当H_2O_2用量为0.23mol/L,Fe_3O_4/α-Fe_2O_3投加量为5g/L,pH值为2,亚甲基蓝溶液初始质量浓度为5.0mg/L,60min内亚甲基蓝的降解可达98.7%.Fe_3O_4/α-Fe_2O_3纳米粒子经过3次循环使用后,对亚甲基蓝仍具有较好的降解能力.     

添加离子对α—Fe2O3气敏性能影响的研究

本文通过对各种添加微量金属离子的α-FeOOH脱水转变为α-Fe_2O_3的热力学数据及其粒子形貌和其相应材料制备成气敏元件的性能研究,对添加离子于α-FeOOH粒子生成的影响以及脱水后相应α-Fe_2O_3气敏性能影响的原因进行了讨论。并且,根据对添加不同量Sn~(4+)的α-Fe_2O_3样品进行穆斯堡尔谱的测定,讨论了添加离子对α-Fe_2O_3气敏性能影响的机理。     

基于黄铁矿合成α-Fe2O3纳米颗粒及其对NO2的气敏特性

本研究以黄铁矿纯矿物为铁源,采用直接焙烧法合成出α-Fe_2O_3纳米颗粒,并利用XRD和SEM对制备出的α-Fe_2O_3纳米颗粒的晶体结构和微观形貌进行表征。结构表征结果表明,所制备出的α-Fe_2O_3纳米颗粒结晶良好、纯度较高,晶粒尺寸在100～200 nm之间,分散性良好。气敏测试结果表明,α-Fe_2O_3纳米颗粒对NO_2气体具有优良的气敏性能,并在最佳工作温度150℃时获得对10×10~(-6)的NO_2气体的最大灵敏度16.7,同时展现出了良好的稳定性、重现性以及选择性。通过电子耗尽层理论对α-Fe_2O_3纳米颗粒的气敏机理进行了分析和探讨。     

α-Fe_2O_3中空微球的制备及其气敏特性

以Fe(NO_3)_3·9H_2O为铁源,不同氨基酸作为表面活性剂,通过水热法制备α-Fe_2O_3样品,并用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)及X射线衍射(XRD)表征样品的形貌,测试其气敏性能.结果表明:不同表面活性剂所得α-Fe_2O_3样品的形貌不同,分别为实心粒子和中空微球,且中空微球由粒子堆积而成;基于中空微球的气体传感器对乙醇具有良好的敏感特性.     

α-Fe_2O_3/ZnFe_2O_4复合薄膜光生电荷分离与光电性质研究

采用溶胶-凝胶法分别制备出α-Fe_2O_3和Zn Fe2O_4两种胶体,在ITO透明导电玻璃上制备成不同厚度配比的α-Fe_2O_3/ZnFe_2O_4异质结.XRD检测结果表明,复合薄膜两种组分都达到了良好的结晶状态;而且,各复合薄膜体系都呈现出了异质结复合结构的光吸收特性,但光吸收性质差异不明显.稳态表面光电压谱测试结果表明,两组分的厚度分别在1.3μm(α-Fe_2O_3)和1.8μm(ZnFe_2O_4)时达到最佳光伏响应强度.在正的外电场诱导下,组分厚度分别为1.3μm(α-Fe_2O_3)和1.8μm(Zn Fe_2O_4)的复合薄膜具有更为优越的光伏响应特性.     

纳米Fe2O3@硅藻土异相芬顿体系的光催化性能

采用水热法,以FeCl_3·6H_2O为原料,硅藻土为载体,成功制备了Fe_2O_3纳米粉体负载硅藻土催化剂(记为Fe_2O_3@D)。采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)和粒度分析仪对样品的物相、形貌及尺寸进行了表征,测试了Fe_2O_3@D在异相芬顿体系中对罗丹明B(RhB)的降解率,并对催化剂的稳定性及光催化机理进行了探究。结果表明,Fe_2O_3@D复合催化剂比纯相α-Fe_2O_3纳米粉体对RhB降解效果显著,30 min即可将RhB降解完全;5次重复使用Fe_2O_3@D催化剂降解RhB,降解率仍可达90%以上;在光催化反应过程中,·OH是主要活性物质。     

铁氧化物介导厌氧生物强化降解对硝基氯苯

针对采用传统厌氧生物技术处理含硝基芳香族化合物(NACs)废水时存在降解速率低、系统稳定性差和运行成本高等问题,以α-Fe_2O_3为电子传递介体与厌氧生物系统进行耦合,探究其降解以对硝基氯苯(4-CNB)为代表的NACs的效果,并阐述耦合作用机制。初始质量浓度为45 mg/L 的4-CNB在耦合系统内反应56 h后,其残留质量浓度为(3.24±0.13) mg/L,而在厌氧生物对照系统和α-Fe_2O_3对照系统中分别为(15.47±0.43)mg/L和(44.48±0.01)mg/L,表明α-Fe_2O_3的投加对厌氧生物降解4-CNB具有显著的强化作用。4-CNB在耦合系统内的降解效率与α-Fe_2O_3的投加量在1～3 g/L范围内呈现显著的正相关,当α-Fe_2O_3的投加量为5 g/L时,其对厌氧微生物产生较强的抑制作用。相比于厌氧对照系统,4-CNB在耦合系统内的降解更符合一级动力学,进一步验证了α-Fe_2O_3与厌氧微生物之间在降解4-CNB过程中具有一定的协同效应。此外,α-Fe_2O_3的投加可显著降低厌氧生物系统内的氧化还原电位(ORP)和增强pH自缓冲能力,这些均有利于4-CNB的还原降解。电子传递体系 (ETS) 活性在耦合系统和厌氧生物对照系统中分别为48.77 μg/(g·min)和32.19 μg/(g·min),进一步表明了α-Fe_2O_3可作为厌氧还原4-CNB过程的电子传递介质。综上所述,采用α-Fe_2O_3作为电子传递介质可以强化厌氧微生物的还原活性,可为实现含NACs废水的大规模处理提供新的技术储备。     

两类异质结构中光生电荷分离效率与光电性质

首先制备Cu4Bi4S9纳米带与石墨烯不同比例复合体系(CBS-graphene),其中石墨烯质量分数分别为:0.4%,0.8%,1.2%,1.6%,2.0%和2.4%.以α-Fe_2O_3为电子受主,CBS和CBS-graphene为电子施主,制备成α-Fe_2O_3/CBS、α-Fe_2O_3/CBS-graphene两类异质结构及体相异质结太阳能电池.XRD检测结果表明,异质结两组分都达到了良好的结晶状态;而且,两类复合体系都呈现出了复合结构的光吸收特性,但光吸收性质无明显差异.对于CBS-graphene,随着石墨烯含量逐步增加其光伏性质逐渐增强,当石墨烯质量分数为1.6%时达到最佳光伏响应强度,此后其光伏性质逐渐减弱.稳态和电场诱导表面光电压谱表明两类异质结都具有优越的光伏性质,但α-Fe_2O_3/CBS-graphene呈现出明显优于α-Fe_2O_3/CBS的光伏响应.基于石墨烯质量分数为1.6%,α-Fe_2O_3/CBS和α-Fe_2O_3/CBS-graphene两类体相异质结太阳能电池最高光电转换效率分别为3.1%和6.8%.从异质结厚度、能级匹配、石墨烯导电网络以及优越的电子传输特性几个方面,详细讨论了光生电荷分离的影响因素及光生电荷传输动力学.     

不同形貌的CeO_2的水热法制备及表征

以硝酸铈为铈源,柠檬酸钠为形貌控制剂,利用尿素水解法,在120℃水热分别合成出纺锤形和花束形形貌可控的前驱体CeOHCO3,经过500℃焙烧得最终产物CeO2.通过改变形貌控制剂柠檬酸,不改变其他反应条件,制得了球形CeO2,分析了其不同形貌的生长机理,并采用热重分析、X射线衍射、透射电镜、场发射扫描电镜和紫外-可见光-近红外光谱仪分别表征样品的相组成、形貌、微观结构及不同形貌下的光催化降解甲基橙的性能.     

铁系气敏材料及其化学制备技术

γ-Fe_2O_3气敏材料是铁系气敏材料的先导,它具有原料易得、价廉、灵敏度和选择性高以及不受湿度影响的优点.但是它的热稳定性较差.在此基础上开发出了α-Fe_2O_3气敏材料,以克服这一缺点.本文探讨了铁系材料的气敏机理,着重提出了α-Fe_2O_3的气敏机理及其模型.根据机理给出了制备铁系气敏材料的基本工艺.     

硫酸亚铁的重结晶对其水热法制备α-Fe_2O_3粒子的影响

以钛白副产物硫酸亚铁为原料,采用重结晶法对其除杂后,得到精制硫酸亚铁与氨水反应制备Fe(OH)3胶体为前驱体,经水热反应合成α-Fe_2O_3粒子。考察重结晶对硫酸亚铁的杂质去除及其水热法制备α-Fe_2O_3粒子的影响。采用电感耦合等离子体光谱仪分析硫酸亚铁和水热产物中的杂质元素含量,通过X线衍射仪、扫描电镜和激光粒度仪分析水热产物物相、形貌和粒径。研究结果表明:当结晶温度在0~30℃时,随着温度的升高,硫酸亚铁中杂质Ti,Zn和Al的去除率变化不大,杂质Mg和Mn的去除率略有增大,经过2次重结晶,Mg,Ti,Mn,Zn和Al的最大去除率分别可达到60.15%,94.87%,70.44%,50.90%和71.36%;随着结晶数的增加,所得水热法α-Fe_2O_3产品纯度更高、杂质含量更低,颗粒结晶更完整、粒径越小、粒径分布范围越窄,结晶数为0,1和2时所得球形α-Fe_2O_3粒子的纯度分别为96.32%,98.40%和98.80%,它们的中位粒径分别为0.66,0.62和0.58mm。     

γ-Fe_2O_3磁粉表面性能的研究

本文采用气相色谱对不同来源的γ-Fe_2O_3磁粉的表面性能进行了研究.测定了其不可逆吸咐和可逆吸咐的总量.发现γ-Fe_2O_3对有机碱乙二胺的吸咐是一种弱化学吸咐.由γ-FeOOH粒子制备而得到的γ-Fe_2O_3表面的酸性位置的活性优于由α-FeOOH粒子制备而得到的γ-Fe_2O_3.同时从两种不同形态的一水氧化铁的脱水过程其晶格变化不同的角度讨论了引起表面活性差别的原因在于脱水过程中晶格变化的不同历程而影响其酸性位置的几何学和未被占据轨道的取向.     

超细α-FeOOH表面包敷剂的作用机制

研究了包敷磷酸盐和稀土氧化物对α-FeOOH分散性、γ-Fe_2O_3热稳定性和磁性能的影响规律。结果发现,包敷磷酸盐能明显提高γ-Fe_2O_3磁性能。此类包敷剂的作用效应为六偏磷酸钠>高聚磷酸钠>焦磷酸钠。La_2O_3可阻止γ-Fe_2O_3烧结和相变,该作册源于La~(3+)在γ-Fe_2O_3晶格母体的填隙和La_2O_3与γ-Fe_2O_3间的界面化学作用。     

Transition-metal-doped Fe2O3 nanoparticles for oxygen evolution reaction

Hematite(α-Fe_2O_3)has been extensively studied as a promising photocatalyst,with the capacity to split water under visible light.To tune its electronic structure and improve the performance for oxygen evolution reaction(OER),high-quality single crystals ofα-Fe_2O_3nanoparticles were synthesized and doped by various transition metals(M=V,Cr,Mn,Zn,Co,Ni,Cu,Nb,Mo,Ti)by a molten-salt flux method.Optical,electronic and catalytic properties of transition-metal-dopedα-Fe_2O_3(TM-dopedα-Fe_2O_3)have been systematically investigated.Cobalt has been identified as the best dopant forα-Fe_2O_3,reducing the OER overpotential by 0.16 V with respect to the undoped.     

不同直径氧化铁(α-Fe_2O_3)空心球的制备与磁性能研究

以不同直径(300~800nm)的聚苯乙烯(PS)球为模板,采用均匀沉淀法,并通过空气中高温煅烧成功制得尺寸可控且具有单分散性的氧化铁(α-Fe_2O_3)空心球.通过改变反应温度、反应物及PS球模板的量,并结合扫描电子显微镜的形貌表征,得到了不同尺寸PS球模板下制备具有致密光滑表面的高品质样品的最佳实验条件.磁性能研究发现,此类氧化铁空心球均呈现了铁磁-反铁磁的Morin相变,但由于尺寸效应导致相变温度明显低于α-Fe_2O_3的块体材料.     

基于金属有机骨架材料为前驱物的锂电负极材料α-Fe_2O_3的合成及性能表征

采用基于铁离子构筑的金属有机骨架化合物(MIL-53-Fe、MIL-88-Fe、MIL-100-Fe)为模板,通过简单的煅烧处理,制备出三种不同形貌的α-Fe_2O_3。结果表明当其作为锂离子电池负极材料时,以MIL-53-Fe为前驱物制备的α-Fe_2O_3具有最优异的电化学性能,当电流为0.1 C时,首次放电容量超过1 100 mA·h/g,在电流为1 C循环100次后,容量保持在245 mA·h/g。     

α—Fe2O3超微粒的制备及其气敏性能的研究

本文采用制备超微粒的方法制得α—Fe_2O_3,并用该材料制作成α-Fe_2O_3系气敏元件。由该材料及添加微量元素后所制作的元件对乙醇有良好的选择性和灵敏度。文中同时也讨论了不同加热功率、不同的电极材料对元件气敏性能的影响。并对α-Fe_2O_3的气敏机理作了扼要的讨论。     

Yb_2O_3/g-C_3N_4复合光催化剂的制备及光催化性能研究

为了验证可见光下Yb_2O_3/g-C_3N_4光催化剂分别降解水体中的苯酚和盐酸四环素(TTCH)的光催化效果.本研究采用热解和超声混合方法制备Yb_2O_3/g-C_3N_4光催化剂,并用多种仪器进行性能表征.Yb_2O_3/g-C_3N_4在可见光下对20 mg/L苯酚和TTCH的降解率分别为80.83%和85.01%;Yb_2O_3/g-C_3N_4复合光催化剂的光催化性能明显提高,其降解苯酚的速率是g-C_3N_4的3.80倍,降解TTCH的速率g-C_3N_4的6.57倍.结果表明,Yb_2O_3/g-C_3N_4具有更加高效的可见光响应能力,且具备更好的光催化性能.