Fe3+掺杂改性纳米TiO2薄膜：制备与可见光催化性能

本文详细探讨了Fe3+掺杂改性纳米TiO2薄膜的制备及其可见光光催化性能。作者通过溶胶-凝胶法，利用硝酸铁（Fe(NO3)3·9H2O）和钛酸丁酯（C16H36O4Ti）作为前驱体，成功在载玻片上制备出纯二氧化钛薄膜以及不同Fe3+掺杂量的Fe3+/TiO2薄膜。研究中，他们运用多种分析手段，包括X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和紫外可见光谱仪（UV-vis），对薄膜的相组成、微观结构和光吸收性能进行了深入研究。 实验结果显示，掺杂Fe3+有助于TiO2由锐钛矿相向金红石相的转变。当Fe3+掺杂量达到5.0wt.%时，Fe3+/TiO2薄膜的吸收边发生红移，达到32nm，表明在二氧化钛的禁带中引入了掺杂能级。这一改变显著扩展了材料对可见光的响应范围。此外，通过对亚甲基蓝的光催化降解实验，研究人员发现Fe3+/TiO2催化剂具备可见光催化活性。在可见光照射11小时后，掺铁量为5.0wt.%的Fe3+/TiO2薄膜对亚甲基蓝溶液的降解率最高，达到了45%，表现出最佳的光催化效果和吸光能力。 关键词：溶胶-凝胶法；Fe3+/TiO2；光催化； 文章引用了20世纪70年代初日本Fujishima和Honda关于TiO2光催化特性的开创性工作，指出纳米TiO2因其稳定的化学性质、无毒性、低成本以及高效的污染物去除能力而备受关注。尽管已有的研究展示了TiO2在防雾、自清洁等方面的潜在应用，但其光催化效率低、反应速度慢和光谱响应范围窄等问题仍然限制了其实用化进程。因此，过渡金属离子的掺杂，如Fe3+，被广泛认为是提升TiO2光催化性能的有效策略，且已有多篇文献报道了相关研究。 Fe3+掺杂改性纳米TiO2薄膜的研究为提高光催化效率提供了新的可能，尤其是在可见光下的应用，这对于环境污染物的处理和可持续能源领域具有重要意义。未来的研究可能将进一步探索其他掺杂元素或优化掺杂比例，以期实现更高效、更广泛的光催化应用。