铁掺杂TiO2纳米管阵列的结构与可见光催化性能

该研究论文于2011年发表在《兰州理工大学学报》第37卷第4期，主要探讨了铁掺杂二氧化钛纳米管阵列的制备过程及其在可见光条件下的光催化性能。研究者利用硝酸铁作为铁源，通过阳极氧化法制备了一种Fe3+掺杂的TiO2纳米管阵列。这种方法的优点在于它是一步合成，无需复杂的多步骤处理，简化了工艺。 利用扫描电子显微镜(SEM)观察到，所得的纳米管阵列具有高度致密且有序的结构，管状物垂直生长在钛基底上，尺寸特征为管长约为2微米，管径约为50纳米。这种结构对于光催化性能至关重要，因为较大的表面积和有序排列可以提供更多的反应位点。 X射线能谱仪(EDS)分析显示，铁离子成功地掺杂到TiO2中，这影响了晶体结构。具体表现为锐钛矿相的特征峰(101)晶面在2θ角方向发生了小角度偏移，这一现象揭示了铁离子掺杂导致了晶格结构的微调。此外，X射线衍射(XRD)数据进一步证实了这一变化，表明铁掺杂抑制了锐钛矿相向金红石相的转变。 紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-VIS)的测量结果显示，随着Fe3+的掺杂，吸收峰向长波长方向移动，即出现了红移，同时吸收强度有所减弱。这可能是因为铁掺杂改变了TiO2的带隙结构，影响了其对光的吸收特性，从而影响了光催化反应的效率。 最重要的是，通过可见光光催化降解甲基橙溶液的实验，研究人员证明了铁掺杂TiO2纳米管阵列具有显著的光催化活性提升。这意味着这种材料在可见光照射下能够有效地分解有机污染物，显示出良好的环境应用潜力，特别是在水处理等领域。 该研究不仅提供了铁掺杂二氧化钛纳米管阵列的制备方法，还揭示了其结构与光催化性能之间的关系，为设计和优化光催化材料提供了有价值的信息。这对于发展高效、环保的光催化技术具有重要的理论价值和实际意义。