文摘

Fe-N-S-tri-doped利用一步法合成了催化剂在硫酸亚铁铵的存在。由此产生的材料以x射线衍射(XRD)、x射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射光谱(紫外可见DRS)。XPS分析表明,铁(III)和S^{6 +}纳入的格子通过用钛原子,和N可能共存的形式的置换(O-Ti-N)和间质在tridoped N (Ti-O-N)。XRD结果表明,tri-doping与铁、N, S元素能有效地延缓的相变锐钛矿和金红石和增长的微晶尺寸。DRS的结果显示,光吸光度的边缘在可见光区域被tri-doping Fe,大大提高N和S元素。此外,as-synthesized样品的光催化活性是评价可见光辐照下苯酚的降解。这是发现Fe-N-S-tri-doped可见光催化剂表现出更高的催化活性比纯和P25,这主要是由于小微晶尺寸,强烈的光吸收在可见光区域,和狭窄的带隙能量。

1。介绍

自从化合物废水被光催化氧化处理1976年凯里et al。1),TiO₂纳米材料被认为是一种很有前途的光催化剂降解有机或无机污染物由于其inexpensiveness,无毒性、耐光性和氧化能力强。然而,TiO₂通过紫外线只能兴奋,这只占一小部分的太阳光谱(2]。为了提高太阳能的利用率,取得了大量的努力,包括染料敏化、TiO的耦合₂窄带隙半导体,TiO的贵金属沉积、掺杂₂与外国离子(3- - - - - -6]。其中,TiO的兴奋剂₂与外国离子被视为一个有效和可行的方法提高光敏反应和催化活性。最近,据报道,TiO的兴奋剂₂有两个或者三个元素可以进一步提高光吸收在可见光区域和催化活性7- - - - - -12]。从那时起,已经进行了很多尝试。

在这项研究中,Fe-N-S-tridoped TiO₂利用一步法合成了催化剂在硫酸亚铁铵的存在。铁(III)和S^{6 +}被纳入TiO的格子₂通过用钛原子,和N可能共存的形式的置换N (O-Ti-N)和间质(Ti-O-N) tridoped TiO₂。Fe-N-S-tridoped TiO₂可见光催化剂表现出更高的催化活性比纯TiO RhB退化的₂和P25 TiO₂。

2。实验

2.1。合成的材料

的Fe-N-S-tridoped TiO₂论文通过溶胶-凝胶方法合成硫酸亚铁铵的存在。首先,10毫升的钛酸四丁酯混合40毫升的绝对乙醇。然后,titanate-ethanol解决方案添加一滴一滴地进入另一个解决方案,包括10毫升的绝对乙醇,12毫升的稀硝酸(1:5,体积比浓度硝酸与去离子水)和所需的大量的硫酸亚铁铵在强烈搅拌下进行水解。随后,混合溶液在室温下不断搅拌2 h。得到的溶胶后6 h和干了36岁在80°C, h TiO₂前体。最后,Fe-N-S-tridoped TiO₂TiO催化剂煅烧获得的成功₂前体在350°C 4 h在烤箱加热3°C·最小值⁻¹。相比之下,纯TiO₂否则相同的条件下合成了在硫酸亚铁铵的缺失。

2.2。材料的表征

粉末x -射线衍射(XRD)模式进行力量D8提前与铜粉末x射线衍射仪Kα辐射(海里)。x射线光电子能谱(XPS)进行了使用φ- 5700能谱系统是用来描述的化学状态tridoped铁、氮、硫原子as-synthesized样本。所有的结合能都校准对信号外源碳(结合能= 284.6 eV)。紫外可见漫反射光谱(DRS)样本,记录在uv - 2550紫外可见分光光度计的积分球附件。分析波长范围是300 ~ 700纳米,和贝索₄被用作反射标准。

2.3。光催化活性的评价

光降解实验进行一个白手起家的photoreactor包含20毫升的50 mg·L⁻¹苯酚和20毫克的催化剂。一个350 W氙弧灯配备一个紫外截止滤光片(海里)用作可见光源。辐照之前,暂停是在黑暗中激起了60分钟建立adsorption-desorption的平衡。在给定的时间间隔,使用比色法分析了苯酚浓度的4-aminoantipyrineby紫外可见分光光度计(uv - 2550)在离心和过滤后的波长510 nm。

3所示。结果与讨论

3.1。XRD分析

图1显示as-synthesized TiO的x射线衍射模式₂样本。可以看出,纯TiO₂中锐钛矿(JCPDS,没有。21 - 1272),金红石(JCPDS,没有。21 - 1276)和板钛矿(JCPDS,没有。29 - 1360)与锐钛矿相在大多数根据峰值强度。然而,Fe-N-S-tridoped-TiO₂由锐钛矿作为独特的阶段(JCPDS,没有。21 - 1272)。一般来说,板钛矿是一个过渡阶段在煅烧过程中锐钛矿和金红石。因此,它可以诱发tri-doping与铁、N和S元素能有效地延缓TiO的相变₂锐钛矿和金红石。此外,未发现XRD峰与掺杂物。一个原因是,掺杂物的浓度很低,它不能由XRD检测。其他是搀杂剂可以被纳入TiO的晶格₂用氧气和钛原子或位于间质网站。此外,平均as-synthesized TiO的微晶尺寸₂样品可以通过应用德拜谢乐公式计算(13)锐钛矿(101)衍射峰。计算后,微晶尺寸是10和5 nm纯净Fe-N-S-tridoped TiO₂,分别。因此,我们可以得出结论,tri-doping与铁、N和S元素能有效地延缓TiO的相变₂锐钛矿和金红石和增长的微晶尺寸。

3.2。XPS分析

为了在Fe-N-S-tridoped TiO掺杂物的化学状态进行调查₂光催化剂、高分辨率的XPS Fe2p、n1和S2p测量,如图2。如图2(一个)在710.9和723.9 eV,两座山峰从Fe2p核心级XPS谱被分配到Fe2p3/2和Fe2p1/2光电子14,15),分别证明铁被纳入TiO的晶格₂通过用晶格原子钛铁(III)的形式,从图2 (b)两座山峰,结合能的399.6和401.6 eV观察。第一个主峰是归因于O-Ti-N结构置换N [10,16),这表明一些晶格O原子是由N个原子取代。后者峰值是由于间隙的存在N状态作为掺杂TiO Ti-O-N的特点₂样品(17,18]。可以看到从图2 (c),单个S2p峰值位于168.8 eV观察,由于年代的存在^{6 +},这表明年代被纳入TiO的晶格₂通过用钛原子(19,20.]。

3.3。DRS的分析

as-synthesized TiO的光学特性₂紫外可见漫反射光谱样本调查,如图3。可以看到从图3纯和Fe-N-S-tridoped TiO₂观察样本,吸收边沿的发病在388 nm,对应的带隙能量从锐钛矿TiO 3.20 eV₂。然而,吸光度Fe-N-S-tridoped TiO的边缘₂非常红移至可见光区域。所示(21),典型的吸光度n型TiO的边缘₂范围从380到500纳米是由于形成局部N2p高于价带顶部的边缘。因此,在这项研究中,放大光的吸光度范围380 ~ 500 nm的归因于N掺杂,而增强的吸光度范围500 ~ 700 nm的协同作用可能是由于tridoped物种。因此,它是合理的,铁、N和S元素确实纳入TiO的晶格₂,导致的晶体和电子性质的差异tridoped TiO₂。

3.4。光催化活性

苯酚的降解是用来评估的光催化活动as-synthesized TiO₂样本。P25 TiO的光催化活性₂是作为参考进行的。实验结果如图4。很明显,从图4,Fe-N-S-tridoped TiO₂表现出更高的比纯TiO的可见光催化活性₂和P25 TiO₂,85.9%的苯酚可以2 h的可见光照射后退化。增强的光催化活性主要是归因于小微晶尺寸,强烈的光吸收在可见光区域和狭窄的带隙能量。

4所示。结论

总之,Fe-N-S-tridoped TiO₂光催化剂已成功合成了一步在硫酸亚铁铵的存在。铁(III)和S^{6 +}同时纳入TiO的格子₂通过用钛原子,和N可能共存的形式的置换N (N-O-Ti)和间质(O-Ti-N) tridoped TiO₂。此外,tri-doping与铁、N和S元素能有效地延缓TiO的相变₂锐钛矿和金红石和增长的微晶尺寸。光的吸光度TiO的边缘₂大大提高了tri-codoping与铁、N和S元素。的as-synthesized Fe-N-S-tridoped TiO₂提出了高可见光催化活性比纯TiO苯酚的降解₂和P25 TiO₂。增强的光催化活性主要是归因于小微晶尺寸,强烈的光吸收在可见光区域,和狭窄的带隙能量。

确认

作者希望欣然承认金融支持中国国家自然科学基金青年骨干支持计划项目(21106035)和青年学者对于一般高校的黑龙江省(1151 g034)。