[发明专利]带宽可调的氟掺杂γ-三氧化二铁中空微球的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种带宽可调的氟掺杂γ-三氧化二铁中空微球的制备方法。

背景技术

半导体材料，由于它们独特而优异的光学、催化、电学、磁学，其广泛应用于电子器件、信息储存、磁共振成像(MRI)、太阳能光伏发电、光催化等领域。随着技术的发展，人们发现，当材料尺寸达到纳米尺度时，其常常会表现出与块体材料不同的电、磁、光等性质，因而纳米材料得到了人们越来越多地关注。近年来，纳米磁性材料在磁存储、超流体、药物的磁性传输、光催化等方面的实际应用也日益广泛。三氧化二铁(Fe₂O₃)是一类重要的磁性半导体化合物，其主要有α、γ、ε等晶体形态，而其中以α、γ研究最为广泛。以α-Fe₂O₃为例，中科院上海硅酸盐所朱英杰研究员领导的课题组、武汉理工大学余家国教授领导的课题组以及东北师范大学褚莹教授领导的课题组等在α-Fe₂O₃的设计合成、光催化性能研究方面陆续取得了一些令人振奋的成果，这些不同形貌和结构的中空粒子均表现出增强的光催化氧化活性。(S.W.Cao，et.al.J.Phys.Chem.C112(2008)6253；J.Yu，et.al.Cryst.Growth.Des.，9(2009)1474；L.Li，et.al.J.Phys.Chem.C111(2007)2123.)然而，已有的关于氧化铁光催化的报道多集中在α相(α-Fe₂O₃)，众所周知，在铁的氧化物中，α相的氧化铁(α-Fe₂O₃)一般被认为是弱磁性或无磁性，作为光催化剂进行净水处理时，同样面临着光催化剂的难以分离和回收的问题。相对α-Fe₂O₃的弱磁性或无磁性，γ相氧化铁(γ-Fe₂O₃)具有较好的磁学性能，有利于实现催化剂的分离、回收及再利用。近期相关研究也表明，γ-Fe₂O₃能够表现出与α-Fe₂O₃相近的光催化活性(S.K.Apte，et.al.J.Am.Ceram.Soc.，90(2007)412-414)，而且通过相应的形貌、微结构及工艺的设计，可在一定程度上使得其光催化氧化活性得以提高(S.K.Apte，et.al.J.Am.Ceram.Soc.，90(2007)412-414；F.B.Li，et.al.J.Colloid and Interface Sci.311(2007)481-490；X.Wang，et al，J.Hazardous Mater.153(2008)426-433)。例如，广东省生态环境与土壤研究所的李芳柏课题组以γ-Fe₂O₃作为光催化剂，在草酸盐存在的情况下能很好光催化降解2-巯基苯并噻唑(2-mercaptobenzothiazole，MBT)(X.Wang，et al，J.Hazardous Mater.153(2008)426-433)。但与钛基系列的光催化剂相比，氧化铁(α相和γ相)的光催化活性仍略显不足。主要原因是由于氧化铁的价带电势约+2.3eV(vs NHE at pH＝7)，低于TiO₂的价带(VB)电势约+2.7eV(vs NHE at pH＝7)。

掺杂，是改变半导体能带、调节吸收波长范围的有效方法之一(D.Mitoraj，et.al.Angew.Chem.Int.Ed.47(2008)9975；Z.Wang，et.al.Appl.Catal.B：Environ.57(2005)223.)。F的2p轨道能量低于O的2p轨道能量，通过F的合理掺杂有望实现Fe₂O₃的价带电势升高，以至于接近TiO₂的价带电势(+2.7eV)，从而达到提高Fe₂O₃的光催化氧化活性的目的。因此，系统开展氟掺杂的γ-Fe₂O₃中空微/纳米球设计、合成及相关性能研究无疑具有十分重要的理论价值和实际意义。从应用的角度来考虑，氟掺杂的γ-Fe₂O₃中空微/纳米球用于饮用水深度处理，在实现可见光激发、光催化活性提高的同时，可以极大的方便光催化剂的磁回收和再利用。