[发明专利]一种铁掺杂钛氧簇材料及其合成方法与应用

说明书

本发明属于晶体材料制备技术领域，具体涉及一种铁掺杂钛氧簇材料及其合成方法与应用其合成方法与应用。所述铁掺杂钛氧簇的分子式Ti₂Fe₄(µ₃‑O)(µ₂‑O)(OOCPh)₁₂(C₅H₈O₂)(CH₃CN)₄，OOCPh为苯甲酸，μ₃‑O代表三连接的O原子，μ₂‑O代表二连接的O原子。合成步骤为：将钛酸异丙酯、乙酰丙酮铁、苯甲酸配体和乙腈溶剂加入反应釜中，室温下搅拌1~2h，于100~120℃条件下反应72~120h，降温，体系中析出晶体，分离、洗涤、干燥得到所述的铁掺杂钛氧簇。本发明制备得到的铁掺杂钛氧簇材料具有能量带隙窄、稳定性高、催化活性高等优势，在光降解有机污染物等方面具有广阔应用前景。

技术领域

本发明属于晶体材料制备技术领域，具体涉及一种铁掺杂钛氧簇材料及其合成方法与应用。

背景技术

能源危机和环境污染是人类当前面临的两大严峻挑战，开发清洁低碳的新能源诸如太阳能势在必行。光催化技术可以将太阳能直接转化为化学能，该技术的核心是稳定高效光催化剂的合成。纳米二氧化钛（TiO₂）材料由于其低成本、高效能以及环境友好等特征被认为最具潜能光催化剂之一。然而，纳米二氧化钛材料也有许多不容忽视的缺点，包括结构信息不明确、粒径不均一、无机-有机界面信息不明确以及表面成分不确定等，这些因素极大的阻碍了对这类光催化材料的深入研究。

近年来，晶态钛氧簇作为纳米TiO₂材料结构和性能分子模型化合物备受关注。然而，由于钛源的高反应性及易水解等特性，相比于其他金属氧簇，钛氧簇报道较少，即使是已经报到的钛氧簇化合物也存在可见光吸收较弱、能量带隙较宽等问题，这严重限制其在光催化方面的实际应用。金属掺杂剂可通过引入额外能级，改变其电子能带结构，降低其能量带隙，从而提升钛氧簇材料的光催化活性，使该类材料在光催化制氢及光降解有机污染物等方面具有广泛应用前景；同时，也为金属掺杂纳米TiO₂材料的分子模拟和理论计算提供了极佳研究平台。因此，金属掺杂钛氧簇材料的开发具有良好的经济效益和社会效益。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种铁掺杂钛氧簇材料，所述铁掺杂钛氧簇材料具有可见光吸收强、能量带隙窄、稳定性高、催化活性高等优势，在光降解有机污染物等方面具有广阔应用前景。

本发明的另一目的是提供了一种上述铁掺杂钛氧簇材料的合成方法，所述合成方法具有工艺简单、产物纯净、产率高、结晶性好等特点。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种铁掺杂钛氧簇材料，所述铁掺杂钛氧簇材料的分子式为Ti₂Fe₄(µ₃-O)(µ₂-O)(OOCPh)₁₂(C₅H₈O₂)(CH₃CN)₄，OOCPh为苯甲酸，C₅H₈O₂为乙酰丙酮，μ₃-O代表三连接的O原子，μ₂-O代表二连接的O原子。

进一步地，所述的铁掺杂钛氧簇材料的晶体结构为：晶体属于三斜晶系，空间群为P-1，晶胞参数为a=13.39Å，b=13.88Å，c=23.92Å，α＝85.48°，β＝83.20°，γ＝81.27°。

一种上述铁掺杂钛氧簇材料的合成方法，采用以下步骤：将钛酸异丙酯、乙酰丙酮铁、苯甲酸配体和乙腈溶剂加入反应釜中，室温下搅拌0.5~1h，于80~100℃条件下反应48~96h，降温至25℃，体系中析出晶体，分离、洗涤、干燥得到所述铁掺杂钛氧簇材料。