[发明专利]一种三氧化二铁纳米环光催化剂及其制备方法

说明书

本申请提供一种三氧化二铁纳米环光催化剂及其制备方法，属于用于材料和表面科学的纳米结构制造或处理技术领域。Fe₂O₃纳米环光催化剂为粉体，晶相为六方结构，菱方晶系，形貌为纳米环状结构，微粒外径为400 nm，壁厚为120 nm，环的厚度为150 nm。本申请作为光催化剂应用于染料降解，具有制备简单、分散性好、对工业染料甲基橙和各种活性染料的降解效率大幅度提高等优点。

技术领域

本申请涉及一种三氧化二铁纳米环光催化剂及其制备方法，属于用于材料和表面科学的纳米结构制造或处理技术领域。

背景技术

随着20世纪70年代光催化降解有机污染物的提出，半导体光催化剂受到了各国研究者的广泛关注。在众多半导体光催化剂中，TiO₂由于具有安全无毒、合成方法简单易操作、光催化效率高等优点，成为研究最广泛的纳米半导体光催化材料。然而TiO₂光催化反应需要紫外光作为激发光源，而波长在400nm以下的紫外光仅占太阳光总能量的(3-5)％，且单纯的TiO₂在光激发下产生的光生电子空穴易复合，这限制了TiO₂在光催化领域的应用。

在太阳光谱中，可见光大约占43％，因此，研发高活性、具有可见光响应的窄带隙半导体光催化剂具有重要的实际意义。Fe₂O₃作为一种常见的n型半导体材料，具有磁性以及合适的禁带宽度(1.9eV-2.2eV)等优点，且来源丰富、无毒、稳定性高和成本低，因此将其作为光催化剂有助于催化剂的回收和催化活性的提高。Fe₂O₃纳米材料的组成、形貌、尺寸、比表面积以及裸露的晶面活性等，会影响其物理和化学性质。因此，为了提高Fe₂O₃纳米材料在光催化领域的应用，制备具有高比表面积和高活性的Fe₂O₃纳米材料具有重要的应用价值。如R.Zhang等使用具有不同孔尺寸的UiO-66作为模板促进α-Fe₂O₃纳米粒子限域生长，合成α-Fe₂O₃纳米簇，光催化实验结果表明，由于限域作用和UiO-66与α-Fe₂O₃之间的协同作用，促进α-Fe₂O₃纳米簇能可见光降解亚甲基蓝(R.Zhang,et al.Applied Surface Science,2019,466,956-963.)。X.Yan等采用简单直接的溶剂热法大量地合成了单晶α-Fe₂O₃纳米棒，1,2-丙烷二胺能有效调控产物的形貌，α-Fe₂O₃纳米棒具有的粗糙的边和棱、窄的禁带宽度和高的光电流响应使其具有较高的可见光催化活性，在环境治理领域具有潜在的应用价值(X.Yan,et al.Journal of Materials Science,2018,53(23),15850-15858.)。Y.Dong等采用无模板剂的溶剂热法成功合成了条纹状α-Fe₂O₃纳米结构，光催化实验结果表明，可见光照射24min能使刚果红染料完全降解，降解率超过99％，在处理污水中的有机污染物方面显示出潜在的应用(Y.Dong,et al.Vacuum,2018,150,35-40.)。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种三氧化二铁(Fe₂O₃)纳米环光催化剂，利用离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐[BMIM]Cl对产物形貌的调控，在乙醇溶剂中，利用高压釜产生的特殊高温高压条件，最终合成了纳米环状Fe₂O₃，具有方法简单、易操作、产量高，且具有均一的形貌、多孔空心结构、良好的分散性等特点，这使其在可见光催化领域具有潜在的应用价值。