[发明专利]一种富含阳离子缺陷簇的α-Fe2

说明书

本发明公开一种富含阳离子缺陷簇的α‑Fe₂O₃光催化剂，涉及半导体光催化技术领域。富含阳离子缺陷簇的α‑Fe₂O₃纳米粒子为纺锤体型纳米棒形状，尺寸分布在80‑500nm，本发明还公开上述光催化剂的制备方法及其应用。本发明的有益效果在于：能够解决TiO₂催化剂难以利用可见光的不足，在可见光照射下具有有机物降解活性，比无缺陷α‑Fe₂O₃纳米粒子，富含氧原子空位缺陷α‑Fe₂O₃纳米粒子以及富含铁原子空位缺陷的α‑Fe₂O₃纳米粒子光催化活性分别高出82％，47％和70％，且具有良好的循环稳定性，可多次重复使用。

技术领域

本发明涉及半导体光催化技术领域，具体涉及一种富含阳离子缺陷簇的α-Fe₂O₃光催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

伴随全球工业化的推进，严峻的水环境问题摆在了人们面前。在面对如何降解水环境污染物问题时，光催化技术由于具有成本低，降解速度快，降解程度高等明显优势而被广泛关注。在众多被研究的光催化剂材料中，TiO₂由于其廉价易得，环境友好，且具有良好的抗光腐蚀性和催化活性而受到高度重视。但TiO₂依然存在着自身的弊端。其中最为重要的是TiO₂作为光催化剂时往往需要利用紫外光作为激发光源，因而对其大范围的使用在现实中难以实现。因此，探寻其他具有高催化活性的窄带隙半导体材料作为可见光催化剂具有重要的科学和现实意义。

赤铁矿(α-Fe₂O₃)是一种n型半导体材料，也是众多铁氧化物中热稳定性最高的一种。由于α-Fe₂O₃具有环境友好，价格低廉以及抗腐蚀性高的先天优势，使得其在众多领域具有潜在开发空间。更为重要的是，其带隙宽度仅为 2.1eV，因而可以很好的吸收可见光，这使得其在光催化领域有着巨大的应用价值。

缺陷工程是近年来被证实的一种提升半导体光催化活性的有效手段。通过对半导体表面和内部缺陷进行调控，可以有效改变半导体的电子分布，带隙结构以及吸附性能，这些变化均会对半导体的催化活性产生影响。过去几年中，阴离子缺陷，特别是氧原子空位缺陷对半导体催化活性影响的研究一直是缺陷工程领域的热点。相比之下，阳离子缺陷在半导体催化过程中的作用常常被忽视。事实上，阳离子缺陷对材料表面的电子传输性能起到决定性影响，这直接制约着半导体的光催化活性。尽管目前有少量文献针对阳离子缺陷进行了探讨，但这些报道全部集中于对金属单原子空位缺陷的分析与考察，而对阳离子缺陷簇的调查尚未见到。相比于在催化过程中结构易被破坏的阳离子空位缺陷，对稳定性更高的阳离子缺陷簇的研究更具有实际意义和应用前景。

发明内容

本发明解决的技术问题之一在于提供一种富含阳离子缺陷簇的α-Fe₂O₃光催化剂。

本发明是采用以下技术方案解决上述技术问题的：

本发明提供一种富含阳离子缺陷簇的α-Fe₂O₃光催化剂，所述α-Fe₂O₃光催化剂为纳米棒形貌，呈纺锤体形，尺寸分布在80～500nm。

本发明解决的技术问题之二在于提供一种富含阳离子缺陷簇的α-Fe₂O₃光催化剂的制备方法。

本发明是采用以下技术方案解决上述技术问题的：

本发明提供一种富含阳离子缺陷簇的α-Fe₂O₃光催化剂的制备方法，包括以下步骤：