[发明专利]一种球形α-Fe2

说明书

一种球形α‑Fe₂O₃光催化剂及其制备和应用方法，属于光催化剂技术领域，其中，所述球形α‑Fe₂O₃光催化剂颗粒尺寸为10～80nm，并且α‑Fe₂O₃的窄带宽度为1.7～2.2eV，具有很强的可见光吸收性能。采用化学中和沉淀—煅烧法制备α‑Fe₂O₃光催化剂，工艺简单，环境友好；经对该球形α‑Fe₂O₃光催化剂进行有机染料的降解应用，结果表面，本发明方法制备的球形α‑Fe₂O₃光催化剂对甲基橙有机染料的降解率为≥90％，对亚甲基蓝有机染料的降解率为≥90％。

技术领域

本发明属于光催化剂技术领域，具体涉及一种球形α-Fe₂O₃光催化剂及其制备方法、应用方法。

背景技术

随着现代工业的不断发展，由有机染料分子引起的水污染已成为严重的环境问题之一。染料废水作为难处理的主要工业废水，具有色度高、有机物浓度高且成分复杂、含盐量高、水质水量变化大、毒性大等特点，排入天然水体的染料废水中含有大量未反应的原料中间体、副产物和残余染料，不仅会消耗水中的溶解氧，使水生生物大量死亡，一些苯胺、偶氮类的染料还具有强致癌性，严重危害人类健康。

光催化技术作为一种绿色高级氧化技术，与传统的难降解有机污染物处理技术相比，更加经济(无毒、成本低、能耗低)、高效(反应时间快、无二次污染、几乎可以去除所有难降解有机物)，在环境污染治理和能源转化方面具有广阔的应用前景。目前，半导体氧化物的光催化降解已成为去除合成染料的有效方法。在可见光或紫外线的驱动下，催化剂表面会形成空穴和电子，并产生强氧化剂·OH，从而有效地将染料分解为无毒的二氧化碳和其他小分子。

自1972年Fujishima和Honda将二氧化钛用于光解水生成氢气以来，TiO₂一直是光催化剂研究的热点，在其制备及其光催化性能的改善已经投入了大量的研究工作。然而由于TiO₂的带隙相对较大(3.2eV)，只能使用波长小于385nm的紫外光源，这样的能量仅占太阳光谱总能量的5％左右。因此，开发能够有效利用可见光能的带隙较小的光催化剂已成为一个重要的研究课题。

在众多半导体材料中，α-Fe₂O₃作为重要的n型金属氧化物半导体材料，具有性能稳定、天然丰度高、低成本合成、无二次污染等优良特性，在光解水、催化剂、气体传感、锂离子电池及生物医疗等方面具有广阔的发展应用前景。特别是其窄带宽度(1.7～2.2eV)能够充分的利用太阳光中的可见光部分，因此被认为是潜在的光催化材料。

然而，α-Fe₂O₃用作光催化剂时具有复合率高和空穴扩散长度(2～4nm)低的缺点，这限制了它的光催化活性。研究学者们通过合成具有不同形状和尺寸的α-Fe₂O₃纳米结构，掺杂不同的元素，利用贵金属负载和半导体复合，制备异质结构等方式，改善α-Fe₂O₃的光催化性能。

实际上，通过设计适当的方法并控制相应的过程以获得具有特定形貌和粒径的产物，提高单相α-Fe₂O₃的光催化性能不仅是一种经济有效的途径，还可以避免复杂的反应条件或使用昂贵的材料。

发明内容

针对现有技术不足，本发明通过设计适当的制备方法获得具有特定形貌和粒径的单相球形α-Fe₂O₃光催化剂，同时提供球形α-Fe₂O₃光催化剂在降解甲基橙或亚甲基蓝有机染料的应用及应用方法。