Fe2O3光催化材料研究进展

Fe2O3光催化材料研究进展

作者：江佳王齐耀

来源：《东方教育》2017年第10期

摘要：纳米Fe2O3是一种理想的功能材料，具有比较独特的物理和化学性能。当氧化铁颗粒尺寸小到纳米级时，其表面原子数、比表面积和表面能等均随粒径的减小而急剧增加，从而表现出小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等特点，具有良好的光学性质、磁性、催化特性等，在颜料、催化、磁性、传感器、场发射、电池等领域得到很广泛的应用。

关键词：Fe2O3光电化学性能

1.Fe2O3的基本性能和应用领域

1.1Fe2O3的基本性能

Fe2O3按其结构和晶型可分Fe2O3 （αβγ及δ型）几类[1]。在自然界中，最为常见的为α- Fe2O3和γ- Fe2O3，其他类型的氧化铁主要通过人工合成得。在所有类型的氧化铁中，α-

Fe2O3的热稳定性最高，是所有含铁化合物热力学转变的最终产物。

α- Fe2O3具有优良的物理性质和化学性能。它的相对分子质量为 159.67，形状一般为红棕色粉末。密度 5.26g/cm3，熔点较高为 1565℃，即在 1565℃时才能分解；氧化铁一般是以矿物质的形式存在比如赤铁矿、赭石。

1.2Fe2O3的应用领域

Fe2O3具有优良的光学、电学、磁学和力学等性质，在颜料、涂料、化工、电子及现代科技等领域具有广泛的用途。同时，纳米科技与技术的急速发展使Fe2O3进入了一个崭新的发展领域。由于纳米氧化铁粉体的纳米效应，使其在光学、磁学、电学、模量等方面的性能发生了很大的优化。相比于非纳米氧化铁的粉体相比，纳米氧化铁具有更加良好的耐候性、耐光性、磁性和对紫外线具有良好的吸收功能。

2.纳米Fe2O3制备方法

2.1溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢

溶胶凝胶法制备ZnO-Fe2O3纳米复合材料及其光催化特性

溶胶凝胶法制备ZnO-Fe2O3纳米复合材料及其光催化特性纳米ZnO是一种新型的光催化材料，具有无毒性、低成本、结构稳定、催化效率较高等显著优点。但由于ZnO的禁带宽度为3.2ev，其吸收波长阙值大多在紫外区，同时其载流子复合率高，导致光能利用率低，光降解污染物效果并不显著。 本文以六水合硝酸锌（Zn（NO 3） 2 ?6H 2 O）与九水合硝酸铁（Fe（NO 3 ） 3 ?9H 2 O）为前驱 体，无水乙醇（C 2H 5 OH）作为溶剂，柠檬酸为稳定剂，采用溶胶凝胶法制备出ZnO-Fe 2 O 3 复 合结构的泡沫状光催化剂，用X射线衍射、扫描隧道显微镜（SEM）对其结构进行分析表征。以紫外灯为光源，罗丹明B为目标化合物对其光催化活性进行研究。实验结果表明： 实验所得ZnO-Fe 2O 3 纳米复合材料为六方纤锌矿结构，其平均粒径约为70nm，当Fe（NO 3 ） 3?9H 2 O与Zn（NO 3 ） 2 ?6H 2 O的摩尔比为1:5时，所得产物光催化效率最高。

1.绪论 1.1半导体光催化技术 环境污染与能源匮乏是当今世界科学技术上亟待解决的两大难题，其中环境污染尤以水环境的化学污染为甚，各类重金属盐、亚硝酸盐、磷酸盐等无机污染和杀虫剂、抗生素等有机污染从各个方面对人们的生存状态产生威胁。 自1972年Fujishima和Honda发表有关水在TiO 2 电极上被光催化分解的论文后，半导体光催化技术从此日益受到重视，许多领域研究工作者都在积极寻找新型光电转化半导体材料，研究其光催化反应机理并设法提高光电转化的活性和效率。 目前，半导体光催化降解并消除污染物是一种代表性的节能高效、绿色环保的水污染治理技术，其优点主要有：1.以取之不尽用之不竭的太阳能作为主要消耗能源，降低成本； 2.大量研究表明很多难降解的污染物都可以在光催化作用下去除，且没有二次污染； 3.光催化剂大都可重复利用，无毒，制作成本低； 4.可在常温常压下进行反应，操作简便； 5.能使污染物除臭、去毒、脱色等。同时，以半导体光催化技术为基础制作太阳能电池、光解水产氢、食品保鲜、材料自洁等各方面均有广阔的应用前景。 在众多可作为光催化剂的材料中，具有代表性的是TiO 2、ZnO、Fe 2 O 3 、SnO 2 等，都已经 被多种方法合成，但是仍然面临着一些关键技术问题：光能利用率低，催化效率不高，催化剂产量不高，成本昂贵等，成为了光催化技术产业化发展的瓶颈。探究光催化反应机理，开发高效、低成本的新型半导体光催化剂，具有十分重要的意义。 1.2纳米ZnO性能 ZnO是一种N型半导体，为II-IV族金属氧化物。在室温下ZnO的能带结构不连续，由充满电子的低能价带和空的高能导带构成，在他们之间以禁带分开，禁带宽度为3.27eV，具有较大的激子结合能(60 meV)，所以ZnO成为蓝光和紫外光区域间的光学材料。 ZnO为极性晶体，存在两种晶体结构，分别是纤锌矿结构和闪锌矿结构，其中以六方纤锌矿结构为稳定相。 当ZnO粒子尺寸介于1-100nm之间时，由于纳米材料表面效应和体积效应，与普通ZnO 比较产生防霉、除臭、抗菌、吸波、导电、屏蔽光线等独特性质。纳米ZnO可根据结晶形态分为锐态型和金红石型两种，他们的价带位置相同而导带位置不同，锐态型ZnO粒子带隙较宽，表面羟基含量较高，故而其催化效率强于金红石型。 1.3半导体粒子光催化原理 光照射将半导体价带上的电子激发至导带，从而产生光生电子-空穴对，空穴有强氧化性，电子有强还原性，两者与表面吸附的化合物发生氧化还原反应。 对于ZnO来说，它的禁带宽度Eg为3.2eV，半导体光吸收阈值λg与带隙能的关系为

Fe2O3光催化材料研究进展

Fe2O3光催化材料研究进展 作者：江佳王齐耀 来源：《东方教育》2017年第10期 摘要：纳米Fe2O3是一种理想的功能材料，具有比较独特的物理和化学性能。当氧化铁颗粒尺寸小到纳米级时，其表面原子数、比表面积和表面能等均随粒径的减小而急剧增加，从而表现出小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等特点，具有良好的光学性质、磁性、催化特性等，在颜料、催化、磁性、传感器、场发射、电池等领域得到很广泛的应用。 关键词：Fe2O3光电化学性能 1.Fe2O3的基本性能和应用领域 1.1Fe2O3的基本性能 Fe2O3按其结构和晶型可分Fe2O3 （αβγ及δ型）几类[1]。在自然界中，最为常见的为α- Fe2O3和γ- Fe2O3，其他类型的氧化铁主要通过人工合成得。在所有类型的氧化铁中，α- Fe2O3的热稳定性最高，是所有含铁化合物热力学转变的最终产物。 α- Fe2O3具有优良的物理性质和化学性能。它的相对分子质量为 159.67，形状一般为红棕色粉末。密度 5.26g/cm3，熔点较高为 1565℃，即在 1565℃时才能分解；氧化铁一般是以矿物质的形式存在比如赤铁矿、赭石。 1.2Fe2O3的应用领域 Fe2O3具有优良的光学、电学、磁学和力学等性质，在颜料、涂料、化工、电子及现代科技等领域具有广泛的用途。同时，纳米科技与技术的急速发展使Fe2O3进入了一个崭新的发展领域。由于纳米氧化铁粉体的纳米效应，使其在光学、磁学、电学、模量等方面的性能发生了很大的优化。相比于非纳米氧化铁的粉体相比，纳米氧化铁具有更加良好的耐候性、耐光性、磁性和对紫外线具有良好的吸收功能。 2.纳米Fe2O3制备方法 2.1溶胶-凝胶法 溶胶-凝胶法就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢

金属氧化物光催化剂的最新研究进展

金属氧化物光催化剂的最新研究进展近年来，金属氧化物光催化剂在环境保护、能源转换和有机合成等领域中展示出强大的应用潜力。随着研究的深入，越来越多的新颖、高效的金属氧化物光催化剂被发现和开发，进一步推动了相关领域的发展。本文旨在系统地介绍金属氧化物光催化剂的最新研究进展。 一、基础知识 首先我们需要了解什么是光催化。光催化是利用光能激发物质中的电荷，从而催化化学反应的过程。金属氧化物光催化剂通常由金属氧化物（例如TiO2、ZnO、Fe2O3等）和其他掺杂物（如碳、金属或半金属元素、有机物等）组成。金属氧化物光催化剂的催化性能与粒子形状、大小、晶体结构、晶面、表面性质、氧空位以及掺杂元素等因素有关。 二、最新研究进展 1. 氢气产生

氢气在清洁能源领域具有重要的应用前景，金属氧化物光催化剂在氢气产生方面也取得了不俗的成果。研究发现，在一定的条件下，结构复杂的铁基混合氧化物可以高效地将太阳能转化为化学能，从而催化氢气的产生。此外，掺杂TiO2的金属氧化物纳米材料在光催化产氢方面也显示出良好的性能。 2. 污染物降解 金属氧化物光催化剂对污染物的降解也是其应用的重要方向之一。除了传统的有机污染物，金属氧化物光催化剂在污水中去除重金属的方面也尝试了一些新的方法。例如，研究人员利用纳米结构的铁氧化物作为光催化剂，发现其具有降解水中Cr（VI）的能力，这为重金属污染物的处理提供了新思路。 3. 共催化 除了单一金属氧化物光催化剂，共催化也引起了人们的关注。共催化即将两种或以上的不同材料结合在一起，形成协同作用的材料。研究表明，金属氧化物和碳、金属、半金属等掺杂元素的复合材料可实现更高效的光催化反应。同时，这种共催化的材料

金属混合氧化物光催化材料的研究

金属混合氧化物光催化材料的研究 光催化是一种通过光能激发反应的进程，可将阳光或灯光转化为高能反应中心，促使化学反应加速和发生。能够利用太阳能进行催化反应的材料被称为光催化材料。在光催化材料中，金属混合氧化物被广泛应用于催化有机物降解、水污染物处理和制取燃料等。 金属混合氧化物光催化材料的结构和性质 金属混合氧化物光催化材料的基本结构是由金属离子和氧化物阴离子组成的复 合物。金属离子可以提供光生电子和诱导氧化还原反应的中间体，并且与氧化物阴离子形成夹层结构，有利于光吸收和反应活化。 最常见的金属混合氧化物光催化材料是二氧化钛和其他金属氧化物（例如 Fe2O3、WOn等）的复合物。这种复合物能够在可见光下吸收能量，激发金属离 子（如Fe3+）的电荷，促进光-催化反应发生。除了二氧化钛复合物外，还有其他 一些金属（如Zn、Cu、Ag、Ni）也可以与氧化物阴离子形成光催化材料。 金属混合氧化物光催化材料的应用 光催化技术应用广泛，主要用于水、空气和有机降解等领域。在水处理中，金 属混合氧化物光催化材料被用于降解水中的污染物，其中常用的有机物包括苯、二甲基氨基苯和多氯联苯等。在大气净化中，金属混合氧化物光催化剂可以用于净化城市空气中的有害氧化物，例如二氧化氮和二氧化硫等。 此外，金属混合氧化物光催化材料也被应用于制备燃料，例如通过二氧化钛和 其他光催化剂的催化活性促进光合作用，可制备氢气、甲烷等燃料。 金属混合氧化物光催化材料的研究进展 近年来，研究人员针对金属混合氧化物光催化材料的性能和应用进行了深入的 研究。研究表明，金属离子和氧化物阴离子的相互作用对光催化材料的性能至关重

二氧化钛光催化材料研究现状与进展

二氧化钛光催化材料研究现状与进展 二氧化钛光催化材料是一类应用广泛且备受关注的催化材料。它具有 优异的光催化性能，可有效利用可见光波段吸收光能，将水和空气中的有 机污染物和有害物质转化为无害物质。二氧化钛光催化材料在环境治理、 清洁能源、光电器件等领域具有广阔的应用前景。本文将介绍二氧化钛光 催化材料的研究现状与进展。 二氧化钛是一种重要的半导体光催化材料。它具有良好的化学稳定性、光稳定性和物理稳定性，且价格低廉、易于合成。二氧化钛的光催化性能 主要依赖于其晶型、表面形貌、晶粒尺寸、杂质掺杂等因素。迄今为止， 已有许多方法被提出来改善二氧化钛的光催化性能。 在二氧化钛的晶相中，主要有锐钛矿相（anatase）和金红石相（rutile）。锐钛矿相的光催化性能优于金红石相，因此提高二氧化钛中 锐钛矿相的含量，可以增强其光催化性能。目前，常用的方法是通过控制 合成条件、添加特殊添加剂或利用碳掺杂来增加锐钛矿相的含量。 除了晶型控制外，二氧化钛的表面形貌对其光催化性能也有重要影响。研究表明，具有高比表面积和多孔结构的二氧化钛光催化材料具有更高的 光催化活性。为了增加二氧化钛的比表面积，一种常用的方法是通过溶剂 热法或水热法合成纳米二氧化钛颗粒。此外，还可以利用模板法、电化学 沉积等方法来制备具有特定结构和形貌的二氧化钛纳米材料。 此外，晶粒尺寸也是影响二氧化钛光催化性能的重要因素。通常情况下，具有较小晶粒尺寸的二氧化钛材料显示出更高的光催化活性。制备细 颗粒二氧化钛的方法包括溶胶-凝胶法、燃烧法、等离子体法等。

最后，元素掺杂是另一个重要的改善二氧化钛光催化性能的方法。常 用的掺杂元素有金属离子（如铁、铜、铬）、非金属离子（如硼、氮、碳）和稀土元素。元素的掺杂可以改变二氧化钛的能带结构和光吸收性能，从 而提高光催化活性。 总之，二氧化钛光催化材料的研究领域非常广泛，存在许多值得深入 探索的问题和挑战。虽然已经取得了一些进展，但仍然需要进一步研究和 改进，以实现其在环境治理、清洁能源等领域的应用。预计未来的发展方 向将集中在二氧化钛的晶型调控、表面形貌设计、晶粒尺寸控制和掺杂调 制等方面。

光催化剂的研究现状和应用前景

光催化剂的研究现状和应用前景光催化技术是一种绿色环保的技术，以其高效、无污染等特点受到了越来越多的关注。光催化剂是实现光催化技术的关键。本文将对光催化剂的研究现状和应用前景进行探讨。 一、光催化剂的研究现状 1. 金属氧化物光催化剂 金属氧化物光催化剂是目前最常见的光催化剂之一。一些具有特殊活性的金属氧化物，如TiO2、ZnO、Fe2O3等，通过光催化作用，能够分解有机物质和气体污染物。这些光催化剂具有简单的合成方法、良好的稳定性、低成本等优点。近年来，人们通过控制光催化剂的结构、表面性质、晶粒大小等因素来增强其催化作用，并引入了共掺、修饰等方法来改善其催化效果。 2. 复合光催化剂 复合光催化剂指的是将多种催化剂进行组合，以提高光催化效率的一种方法。一些研究人员通过将金属氧化物和碳材料、半导

体材料等进行复合，可以有效地改善催化剂的光吸收、载流子转 移和利用效率等性能。 例如，将TiO2和二氧化硅、氮化硅等进行复合，不仅可以减 少光降解过程中的反应阻抗，还可以增加光催化剂的光吸收效率。另外，石墨烯、半导体量子点等也被广泛应用于光催化剂的复合中，以提高其稳定性和催化效率。 3. 金属有机骨架光催化剂 金属有机骨架材料是一种由金属离子和有机配体组成的多孔性 材料。它不仅具有良好的稳定性和可控性，而且具有高表面积和 高光吸收率等特性。一些研究表明，金属有机骨架材料在光催化 剂中具有潜在应用前景。 例如，实验室中已经利用铂-2-羟基-1，4-苯二甲酸催化剂分解 了甲醛等有机物，其催化效率较好。此外，人们还在探索利用金 属有机骨架材料设计功能化材料的方法，以开发出更高效的光催 化剂。

铁酸铋光催化复合光催化材料的研究进展

铁酸铋光催化复合光催化材料的研究进展 铁酸铋光催化复合光催化材料的研究进展 随着环境问题的日益突出，清洁能源与清洁环境的需求越来越迫切。光催化技术作为一种绿色环保的处理方法，受到了广泛关注。在光催化过程中，光吸收材料是至关重要的关键因素。近年来，铁酸铋（BiFeO3）复合光催化材料的研究备受关注，其具有优异的光催化性能和稳定性，成为了研究的热点。 铁酸铋作为一种多铁性材料，具有独特的电荷转移和频率匹配等性质，在光催化中具有很高的应用潜力。然而，由于其吸收范围窄和载流子的复合速率较慢等问题，限制了其在光催化中的应用。 为了克服这些问题，研究人员将铁酸铋与其他材料进行复合，以增强光催化性能。复合光催化材料的设计主要包括结构调控、元素掺杂和界面构建等方面。 首先，研究人员通过结构调控的方法，设计了多种复合光催化材料。例如，将铁酸铋与导电材料（如氧化锌、氧化钛等）进行复合，可以有效提高光催化性能。导电材料具有良好的电子传输能力和光吸收特性，可以有效减少载流子的复合速率，提高光催化反应的效率。 其次，研究人员通过元素掺杂的方法，改善了铁酸铋的光催化性能。常见的元素掺杂包括氮、铜等。氮掺杂可以引入更多的氧化物缺陷，提高光催化活性。铜掺杂则能够改变铁酸铋的电子结构，增强光吸收能力。元素掺杂的方法可以调控铁酸铋的能带结构，提高光催化反应的效率。 最后，研究人员通过界面构建的方法，提高了复合材料的光催化性能。界面构建包括异质结构的构建和修饰剂的加入等。

通过调控界面结构，可以实现更高效的载流子分离和传输。此外，添加修饰剂（如金属纳米颗粒、二维材料等）可提供更多的活性位点，增强光催化反应的效率。 除了以上方法，一些研究还将铁酸铋复合光催化材料应用于水分解、有机物降解、染料降解等领域，取得了良好的催化效果。新型的复合光催化材料不仅具备了铁酸铋的光催化性能，还能针对特定的应用需求进行调控，使之具备更广阔的应用前景。 然而，目前铁酸铋光催化复合光催化材料的研究还存在一些问题。首先，复合光催化材料的合成方法需要进一步优化，以提高材料的稳定性和光催化性能。其次，铁酸铋复合光催化材料的光吸收范围仍较窄，需要进一步扩展吸收区域，提高光利用率。 总之，铁酸铋光催化复合光催化材料作为一种新兴的绿色环保材料，具有广阔的应用前景。通过结构调控、元素掺杂和界面构建等方法，可以提高铁酸铋复合光催化材料的光催化性能，为新能源和环境治理领域提供一种可行的解决方案。然而，仍需进一步开展研究，解决其存在的问题，并加大实际应用力度，推动其广泛应用于工业生产和日常生活中 综上所述，铁酸铋光催化复合材料作为一种新兴的绿色环保材料，在新能源和环境治理领域具有广阔的应用前景。通过结构调控、元素掺杂和界面构建等方法，可以提高其光催化性能，实现更高效的载流子分离和传输。此外，添加修饰剂可以提供更多的活性位点，增强光催化反应的效率。然而，目前铁酸铋光催化复合材料的合成方法、光吸收范围和光利用率等方面仍需进一步优化和改进。未来的研究应该解决这些问题，并

工业催化反应的研究进展

工业催化反应的研究进展 随着工业的发展，催化反应技术在工业中的应用越来越广泛。催化剂能够提高反应速率，降低反应温度，提高反应选择性和反应产率等，在工业中扮演着不可或缺的角色。工业催化反应研究在提高反应效率和降低工业生产成本方面做出了重要贡献。 一、氧化反应催化剂的研究进展 氧化反应中最广泛应用的催化剂为铜基氧化催化剂。其它催化剂也被广泛研究，如NiO、Co3O4、Fe2O3等。研究表明，NiO催化剂具有高的催化活性和选择性，可广泛应用于CO的氧化、乙烯的氧化和CH4的催化部分氧化反应。Co3O4催化剂主要应用于CO和CH4的氧化合成气反应，其活性与物理、化学性质的关系被广泛研究。 Fe2O3催化剂主要应用于烷基化和氧化反应，具有高的反应活性和选择性，也被广泛研究。 研究表明，纳米材料在氧化反应催化剂研究中有广泛应用。纳米材料具有高比表面积和相对活性，能够提高反应效率和降低催化剂用量。纳米材料的制备方法包括物理合成、化学合成等，其应用研究为氧化反应催化剂的研究提供了新思路。

二、加氢反应催化剂的研究进展 加氢反应广泛应用于石油化工、医药、食品、化妆品等工业领域。催化剂的选择和优化以及反应条件的控制，对于提高反应效率和产率至关重要。 催化剂的研究主要集中在金属催化剂（如铂、钯、铜等）和无机催化剂（如氧化钒、氧化钼等）中。其中，铂、钯等贵金属催化剂具有高的反应活性和选择性，可广泛应用于加氢反应中。氧化钼催化剂具有广泛的催化活性，可应用于加氢脱氮、脱硫等反应中，它的催化活性是由于其特殊的晶体结构和表面性质所决定的。 研究表明，纳米材料在加氢反应催化剂研究中也发挥了重要的作用。纳米铂催化剂表现出较高的催化活性和选择性，料化合成方法也成为制备其催化剂的主要方法之一。 三、脱氢催化反应的研究进展

新型金属氧化物光催化剂的研究进展

新型金属氧化物光催化剂的研究进展随着环境污染的加剧和清洁能源的需求，光催化技术在可持续 发展中变得越来越重要。金属氧化物作为光催化剂的一类重要代表，由于其良好的光催化性能、较高的稳定性和丰富的化学活性，已成为当前的热点研究领域之一。本文将综述新型金属氧化物光 催化剂的研究进展，包括氧化钛、氧化铋、氧化锌、氧化铁、氧 化钒等多种光催化剂，并重点介绍其合成方法、掺杂改性以及光 催化性能。 1.氧化钛 氧化钛(TiO2)作为最早被研究的光催化剂之一，因其稳定性高、生产成本低、光催化效果好等优点，已成为光催化研究领域中的 重要代表。目前主要的制备方法有溶胶-凝胶法、水热法、水热法等。另外，还有掺杂改性的方法来提高其光催化性能。 其中，掺杂金属氧化物是提高其光催化效能的一种有效方法。 研究发现，掺杂一定量的铁、铜、镍、银、金等金属氧化物后的TiO2光催化效果会得到明显提高。例如，在一项研究中，将掺杂 有铁离子的TiO2光催化剂应用于废水处理中，其肉眼可见的颜色，如铬离子、石油类、无机盐、硫酸钠等污染物均有明显减少。另

一项研究提出了一种非均相掺杂TiO2/铁酸铅光催化剂，该光催化剂具有良好的光催化性能和处理有机染料废水的能力。 2.氧化铋 氧化铋(Bi2O3)是一种新兴的光催化剂，在水处理、环境治理、抑制细菌生长等领域得到广泛应用。氧化铋具有良好的光吸收性能和电子-空穴对分离能力，这两个特征是决定光催化剂性能的关键。由于氧化铋光吸收能力不够强，因此，提高其光吸收性能是一种有效的方法来提高其光催化效率。研究表明，掺杂金属氧化物是提高氧化铋光吸收性能的一种有效途径。例如，在一项研究中，利用水热法制备了一种Cu掺杂Bi2O3光催化剂，表现出优异的光催化性能。 3.氧化锌 氧化锌(ZnO)是一种相对较为经济的光催化剂。它具有较高的带隙宽度和较好的可见光催化性能，被广泛应用于有机废水处理等方面。目前，溶剂热法、沉淀法、水热法等方法已被广泛应用于合成氧化锌材料。

光催化材料的制备和应用研究

光催化材料的制备和应用研究 随着环境污染的加剧和人们对健康和环保的日益重视，光催化技术作为一种清洁、高效、环保的新型反应技术，受到越来越多的关注。其中，光催化材料的制备和应用研究是光催化技术的核心和基础。本文将从光催化材料制备及其应用两个方面进行论述，为大家介绍光催化材料的研究现状以及未来的发展方向。 一、光催化材料制备 光催化材料的制备涉及到多种工艺和材料。其中，传统的工艺包括：溶胶-凝胶法、水热法、共沉淀法、水热、微乳法等等，而材料则包括有机材料、无机材料等。常见的光催化材料有TiO2、ZnO、Fe2O3、CdS等。 1. 溶胶-凝胶法 溶胶-凝胶法是一种制备薄膜和纳米晶的成熟技术。以TiO2为例，其制备过程可以分为溶胶、凝胶、烧结三个步骤。首先将钛酸酯与有机溶剂混合制成钛酸四丁酯，然后加入水，加热，使水分解产生TiO2溶胶，此时称为前驱体。随着时间的推移，这种溶胶会逐渐凝胶化，转化为$\alpha$-TiO2凝胶。之后，将凝胶进行干燥和烧结，就可得到以TiO2为主要成分的光催化材料。 2. 水热法 水热法是一种新型的制备方法，它将高温、高压的水作为反应介质，通过水热反应形成纳米晶。一般而言，通过水热法可以制备出比较高的比表面积和较小的粒径的纳米材料。以ZnO为例，水热反应的反应物是氨基酸和氧化锌，反应过程中需要控制温度和反应时间，使反应产物具有均匀的颗粒尺寸和晶相。 3. 共沉淀法 共沉淀法是一种制备高比表面积粉末的常用方法，它能通过调控反应条件来控制晶体尺寸和纯度。通过共沉淀法制备的光催化材料具有分散性好、形貌良好的优

点。以Fe2O3为例，共沉淀法的制备过程将铁(III)和氢氧化铵的水溶液混合，并加 入NaOH溶液进行调节，调节最终pH值到9.5左右，随后进行混合、搅拌、沉淀、分离、洗涤、干燥等一系列步骤，最终得到具有良好光催化性能的Fe2O3。 二、光催化材料应用研究 光催化材料的应用领域非常广泛，主要包括环境净化、光催化水解电解质、光 催化氧化物等。以下将分别介绍。 1. 环境净化 光催化材料的最主要应用就是污染物的降解。以TiO2为例，研究表明TiO2作为光催化剂处理水中VOCs和工业废水等具有良好的效果，处理效率高，反应速度快，成本低，不产生二次污染等优点。 2. 光催化水解电解质 光催化水解电解质也是光催化材料的一种应用。一般而言，这种水解作用是指 通过光催化剂吸收光能，产生的电子或空穴促使水分子分解。常见的光催化剂包括TiO2、ZnO等。通过水解作用分解的产物可以作为电池和燃料电池的电解质。研 究表明，相比于传统的电解质，光催化水解电解质具有更强的稳定性和更高的效率。 3. 光催化氧化物 光催化氧化物是利用光催化材料氧化有机物和无机物质的一种方法。以CdS为例，研究表明CdS可用于处理地下水中的有机物。实验中，经过处理后，CdS能 够去除地下水中的有机物，对于难以分解的有机物也能产生良好的降解效果。 三、光催化材料的未来发展 虽然光催化材料已经被广泛应用于各个领域，但仍然存在一些问题和挑战。未 来的研究方向主要包括以下几个方面： 1. 提高光催化材料的光吸收性能

Fe2O3∕γ-Al2O3催化裂解生物质制氢研究

Fe2O3∕γ-Al2O3催化裂解生物质制氢研究 Fe2O3/γ-Al2O3催化裂解生物质制氢研究 随着人们对环保的提倡和对能源的需求，氢作为一种清洁、高效的能源，越来越受到人们的重视。而生物质作为一种可再生的资源，被认为是制氢的较为理想的原料。生物质制氢具有资源丰富、无二次污染等优点，因此备受关注。在生物质制氢中，催化裂解是一种非常重要的技术，而Fe2O3/γ-Al2O3催化剂被广泛用于生物质制氢中。本文将对Fe2O3/γ-Al2O3催化剂进行详细介绍，并探讨其在生物质制氢中的应用与研究进展。 一、Fe2O3/γ-Al2O3催化剂概述 催化剂是生物质制氢的关键。Fe2O3/γ-Al2O3催化剂是一种典 型的弱酸性催化剂，具有很好的催化反应活性和稳定性。 Fe2O3/γ-Al2O3催化剂的制备采用现代固相和沉淀共沉淀法， 通过共沉淀和煅烧后，制成了Fe2O3/γ-Al2O3催化剂。该催化剂具有多孔性结构，具有较高的比表面积和孔径分布，有助于生物质分解、裂解和可控性。 二、Fe2O3/γ-Al2O3催化剂的性质和结构 Fe2O3/γ-Al2O3催化剂具有许多优良的性质和结构，如：孔径 分布窄、比表面积高、分散性好、结构均匀等。其主要组成是Fe2O3和α-Al2O3，其中α-Al2O3是催化剂的载体，Fe2O3是 催化剂的活性组分。在制备过程中，Fe2O3与γ-Al2O3密切接触，被高温还原生成Fe3O4和Fe，Fe与α-Al2O3结合后形成

了Fe2O3/γ-Al2O3催化剂。催化剂的孔径分布主要集中在微孔区，孔径大小在2-3nm之间，有利于Fe2O3/γ-Al2O3催化剂 对生物质的吸附和检测。 三、Fe2O3/γ-Al2O3催化剂在生物质制氢中的应用 Fe2O3/γ-Al2O3催化剂在生物质制氢的过程中具有重要的应用。它在生物质转化的过程中，可以降低裂解温度，改善反应过程，促进生物质的裂解和产氢。实验表明，Fe2O3/γ-Al2O3催化剂 可以有效地促进生物质的气相和液相裂解，增加产氢速率、转化率和选择性。以木薯为原料，在450℃下，Fe2O3/γ-Al2O3 催化剂的产氢率可以达到17.0 mL/g。此外，Fe2O3/γ-Al2O3 催化剂也被用于制备生物质炭基催化剂，并成功地用于水解产氢反应。 四、Fe2O3/γ-Al2O3催化剂的研究进展 近年来，对Fe2O3/γ-Al2O3催化剂在生物质制氢中的应用进行了广泛的研究。研究表明，Fe2O3/γ-Al2O3催化剂在生物质制 氢中的应用有着广泛的前景。目前的研究重点主要集中在催化剂的制备工艺和催化机理的探索上。例如，通过多元元素掺杂改善Fe2O3/γ-Al2O3催化剂的反应活性，探究Fe2O3/γ-Al2O3 催化剂的催化机理，以及研究催化剂的氧化还原特性等。 同时，还有学者研究改进Fe2O3/γ-Al2O3催化剂的制备工艺，如利用微波辐射技术、改进共沉淀法等。据研究表明，通过微波辐射改进制备方法所得的催化剂，具有高比表面积和孔径分

空气接触氧化法制备Fe2O3光催化材料的研究

空气接触氧化法制备Fe2O3光催化材料的研 究 近年来，光催化技术在环境净化、水处理、药品合成等领域得到了广泛的应用。其中，Fe2O3光催化材料作为一种重要的光催化剂具有广泛的研究前景。本文旨在介绍空气接触氧化法制备Fe2O3光催化材料的研究进展。 一、空气接触氧化法制备Fe2O3光催化材料的原理 空气接触氧化法是一种简单易行的化学合成方法。它利用空气中的氧气对 FeCl3等铁盐类物质进行氧化，生成Fe2O3纳米颗粒。在这个过程中，氧气分子被 还原成了水分子，并释放出氧离子。Fe2O3纳米颗粒的制备过程中，氧离子能够吸附并活化在颗粒表面的光生电子，从而产生强烈的催化活性。 二、Fe2O3光催化材料的结构特点 Fe2O3光催化材料通常具有均匀性好、孔道分布广、表面积大等特点。其中， 晶体结构和晶粒尺寸是重要的影响因素。对于晶体结构而言，γ-Fe2O3是最有利于 光催化性能的晶相；对于晶粒尺寸而言，纳米晶体一般具有更高的光催化性能。 三、影响Fe2O3光催化性能的因素 1. Fe2O3光催化材料结构特征 晶体结构、晶粒尺寸、表面形貌等因素均会影响Fe2O3光催化材料的催化性能。改变这些结构特征可以调控Fe2O3光催化材料的光吸收特性和电荷分布等，从而 影响材料的光催化活性。 2. 材料的光学特性

Fe2O3光催化材料的光学特性包括光吸收和反射等，这些特性决定了材料对光的利用率。一般来说，纳米材料具有更高的光吸收率，因此在光催化领域中具有更广泛的应用前景。 3. 环境因素 环境因素是Fe2O3光催化材料光催化性能的重要影响因素。例如，水溶液的pH值、反应温度、氧气分压等，均会影响Fe2O3光催化材料的催化效果。 四、Fe2O3光催化材料在环境净化领域的应用 Fe2O3光催化材料在环境净化领域具有广泛的应用前景，尤其是在水处理、空气净化等领域。例如，使用Fe2O3光催化材料处理废水中的有机污染物，可以将这些有机污染物分解为二氧化碳和水等无害物质。同时，Fe2O3光催化材料还可以用于光催化氧化甲醛、苯等空气中的有害气体，达到净化空气的效果。 五、结语 空气接触氧化法制备Fe2O3光催化材料是一种简单有效的方法。这种材料在环境净化领域具有广泛的应用前景。虽然还存在许多问题需要解决，例如提高光催化效率、增强材料的稳定性等，但相信在未来的研究中，这种材料会成为一种强大的环境净化工具。

金属氧化物半导体光催化剂研究进展

金属氧化物半导体光催化剂研究进展 随着环境污染的日益严重，人们对于环境治理的需求也在不断增加。而光催化 作为一种高效能、环保、可再生的新型治理污染的方法，受到了越来越多的关注。 在光催化过程中，光催化剂是起到催化作用的关键因素，其催化性能的好坏直 接影响着光催化反应的效率。而金属氧化物半导体光催化剂是一种被广泛研究和应用的光催化剂。 一、金属氧化物半导体的特点 作为一种半导体，金属氧化物半导体的导电性可以通过外部光激发去激励电子 跃迁，从而促使光电化学反应的发生。金属氧化物半导体具有化学稳定性强的特点，同时还有较高的光学吸收率、物理强度和化学惰性等优点，这些特性使其成为一种卓越的光催化剂。 二、金属氧化物半导体的分类 金属氧化物半导体根据使用的半导体元素可以分为氮化硅、氧化钛、氧化锌、 氧化铈、氧化钒、氧化铁、氧化镉、氧化镍等等。其中氧化钛是最为常用的金属氧化物半导体之一，其独特的催化性质使得它成为了广泛应用于光催化领域的材料。 三、金属氧化物半导体光催化机理 金属氧化物半导体光催化机理是指在光的作用下，光催化剂上的电子被激发， 从价带跃迁到导带，形成电子空穴对，二者在系统中传递，同时与中间态的氧、氢、水等反应物相互作用，从而引发氧化还原反应，产生有机物矿化、去除有害气体等光催化反应。 四、金属氧化物半导体光催化应用

金属氧化物半导体光催化剂的应用领域非常广泛，可以被应用于环境治理、工 业生产、日用产品等多个方面。例如，在环境治理中，金属氧化物半导体光催化剂主要用于消除有害气体和水中有机物的分解和去除；在日用产品中，常见的紫外线消毒灯使用的材料就是金属氧化物半导体。 五、金属氧化物半导体光催化剂的研究进展 随着科学技术的不断发展，研究人员们对金属氧化物半导体光催化剂的研究取 得了不少的成果。例如，基于纳米材料技术的氧化钛纳米管和氧化锌纳米棒等材料，具有优异的光学与电学性能，因此也成为了光催化反应中的研究热点。 总之，金属氧化物半导体光催化剂作为一种高效环保的新型催化剂，将会在环 境治理、工业生产、日用产品等方面发挥重要的作用。在未来的研究中，我们期待能够通过不断深入的研究和改良，将金属氧化物半导体光催化剂的应用推向一个新的高峰。

Fe2O3有机物光催化降解有机染料的研究进展

Fe2O3有机物光催化降解有机染料的研究进展 薛跃华 【摘要】This paper discussed the research progress of Fe2O3/H2O2 system degradation of organic fuel under visible light,used Fe2O3/H2O2 system,made light oxidative degradation experiment to 4BS,methyl orange and other fuels,obtained light degradation efficiency of Fe2O3/HO/solar light system and FeO/HO/UV system under different pH conditions.%探讨了Fe2O3/H2O2体系在可见光下降解有机染料的研究进展,采用Fe2O3/H2O2体系,对大红4BS、甲基橙等染料进行了光氧化降解实验,得出Fe2O3/H2O2/太阳光体系和Fe2O3/H2O2/UV体系在不同pH值条件下的光降解效率。 【期刊名称】《山西建筑》 【年(卷),期】2012(038)029 【总页数】2页(P170-170,222) 【关键词】Fe2O3/H2O2体系;光化学反应;染料;降解 【作者】薛跃华 【作者单位】山西省建筑设计研究院,山西太原030001 【正文语种】中文 【中图分类】X703 0 引言

水污染正在日益变成一个全球性的问题。自然界中存在的大量有毒污染物很难通过自然方法降解掉，另外，通常环境中的主要污染物，如各种有机污染物，如氮、磷及重金属，大部分以水溶液的形式存在。 本实验是在污水治理的前提下，研究了Fe2O3/H2O2体系在可见光下降解染料，是对半导体光催化技术和光-Fenton方法的结合和推广。利用太阳光/紫外光作光源，采用Fe2O3/H2O2体系，对大红4BS、甲基橙等染料进行了光氧化降解实验，结果表明，在Fe2O3/H2O2/太阳光体系中，太阳光能以较高的效率进行，染料光解比较快。 本实验的另一突出特点是，以Fe2O3代替Fenton反应中的铁离子引入到光反应 体系中，辅以太阳光或紫外光，能成功地在中性条件下氧化降解有机污染物，克服了传统光-Fenton反应只适用于酸性(pH＜3)体系的缺点。 1 实验部分 实验材料:Fe2O3(无锡市展望化工试剂有限公司)、H2O2(上海苏懿化学试剂有限 公司)、大红4BS(赠品)、甲基橙(汕头西陇化工厂)、直接橙(赠品)，均为分析纯试剂，水为蒸馏水。 实验仪器:ZD-2型调速多用振荡器(江苏金坛市金城国胜实验仪器厂)、TDL80-2B 的离心器、UV-9200紫外分光光度计(北京瑞利分析仪器公司)、SX2-2.5-12高温箱形电炉(上海博迅实业有限公司)。 实验方法:光化学反应是在表面皿中进行，加入50 mg/L的大红4BS 水溶液150 mL，0.1 g Fe2O3粉末，0.5 mL 的 H2O2。先在ZD-2型调速多用振荡器上振荡30 min以形成悬浮液体系，使其达到吸附/解吸平衡，并取初样于试管中，然后进行光化学反应，每隔一定时间取样于试管中，太阳光和紫外光的反应时间不同。所取的样品置于TDL80-2B的离心器中离心，离心时间20 min，转速为2000 rpm。上层清液在UV-9200紫外分光光度计中用0.5 cm的比色皿测其吸光值A并绘制

光催化材料研究进展

光催化材料研究进展 马晓春;徐广飞 【摘要】叙述了近些年来光催化材料的研究进展与核-壳型光催化纳米材料的研究现状,指出光催化材料尤其是纳米材料在治理环境污染方面发挥的巨大作用.同时,结合笔者的工作,简要介绍了纳米SnO2光催化剂的特点、制备方法和复合结构,并对其前景进行了展望.%The paper described the researching progress of photocatalytic materials and photocatalytic nanometer materials of core-shell structure in recent years. And its important role was pointed out in environmental pollution control especially for nanometer materials. At the same time, the characteristics, preparation method and composite structure of nanometer SnO2were introduced briefly according to the works. In addition, the development prospect was also described. 【期刊名称】《新技术新工艺》 【年(卷),期】2012(000)009 【总页数】4页(P58-61) 【关键词】光催化材料;TiO2;核-壳结构;SnO2 【作者】马晓春;徐广飞 【作者单位】浙江工业大学机械工程学院,浙江杭州330014;浙江工业大学机械工程学院,浙江杭州330014 【正文语种】中文

Fe2O3-CeO2光催化剂的制备及其催化性能

Fe2O3-CeO2光催化剂的制备及其催化性能 李友凤;刘国清;曾令玮;彭振山;向湘昱;王莹;黄晓 【摘要】采用水热共沉淀法及水热浸渍法制备了Fe2O3-CeO2光催化剂,考察了工艺条件对Fe2O3-CeO2结构特征及光催化性能的影响,并对其催化降解过程的动力学进行了研究.结果表明,经过600℃热处理,两种方法制得的样品均为立方萤石相CeO2结构,共沉淀法所得Fe2O3-CeO2没有杂相峰出现,随着Fe3+掺杂量增加,样品结晶度增大;当Fe3+摩尔分数在5％以上时,浸渍法所得Fe2O3-CeO2样品有Fe2O3杂相峰,并且结晶度随Fe3+掺杂量增加而降低.经过600℃热处理得到球形的Fe2O3-CeO2,浸渍法制得的样品有长大与团聚趋势.随着Fe3+掺杂量增 加,Fe2O3-CeO2对次甲基蓝的催化降解率先增大后减小,Fe3+掺杂量为3％时的降解率最佳,并且共沉淀法制得的Fe2O3-CeO2对次甲基蓝的催化降解效果优于浸渍法得到的Fe2O3-CeO2及纯CeO2.降解液的pH值直接影响到次甲基蓝的降解率,当pH值为10.0时,降解效果最好.随着催化剂用量增加,降解率先增大后减小,当催化剂质量浓度为100 mg/L、降解时间为100 min时,共沉淀法制备的Fe2O3-CeO2催化次甲基蓝的降解率最高达97.6％;浸渍法制备的催化剂质量浓度为50 mg/L、降解时间为100 min时,其降解率最高为93.4％;而纯CeO2的仅为 75.8％.该光催化降解反应为一级动力学反应,反应速率服从多相催化动力学Langmiur-Hinshelwood(L-H)方程,共沉淀法所得Fe2O3-CeO2的最佳表观反应速率常数kapp为14.52×10—2,较浸渍法的增大23.9％,比纯CeO2样品高出71.8％. 【期刊名称】《石油学报（石油加工）》 【年(卷),期】2018(024)005

光催化材料研究进展概要

光催化材料研究进展 20 世纪以来, 人们在享受迅速发展的科技所带来的舒适和方便 的同时, 也品尝着盲目和短视造成的生存环境不断恶化的苦果, 环境污染日趋严重。为了适应可持续发展的需要, 污染的控制和治理已成为一个亟待解决的问题。在各种环境污染中, 最普遍、最重要和影响最大的是化学污染。因而, 有效的控制和治理各种化学污染物是环境综合治理的重点, 开发化学污染物无害化的实用技术是环境保护的关键。目前使用的具有代表性的化学污染物处理方法主要有: 物理吸附法、化学氧化法、微生物处理法和高温焚烧法。这些方法对环境的保护和治理起重大作用, 但是这些技术不同程度的存在着或效率低, 不能彻底将污染物无害化, 产生二次污染, 或使用范围窄, 仅适合特定的污染物而不适合大规模推广应用等方面的缺陷[1]。光催化氧化技术是一门新兴的有广阔应用前景的技术, 特别适用于生化、物化等传统方法无法处理的难降解物质的处理。其中TiO 2、ZnO、CdS、WO 、Fe 2 O 3等半导体光催化技术因其可以直接利用光能而被许多研3 究者看好[2]。 1.1 TiO 2光催化概述 1.1.1 TiO 2的结构性质 二氧化钛是一种多晶型化合物,常见的n型半导体。由于构成原子排列方式不同,TIO2在自然界主要有三种结晶形态分布:锐钛矿型、金红石型和板钛矿型。三种晶体结构的TIO2中,锐钛矿和金红石的工业用途较广。和锐钛矿相比,金红石的原子排列要致密得多,其相对密

度、折射率以及介电常数也较大,具有很高的分散光射线的能力,同时具有很强的遮盖力和着色力,可用作重要的白色涂料。锐钛矿在可见光短波部分的反射率比金红石型高,普遍拥有良好的光催化活性,在光催化处理环境污染物方面有着极为广阔的应用前景[3]。 1.1.2TiO2光催化反应机理 半导休表面多相光催化的基本原理:用能量高于禁带宽度(Eg)的光照射半导体表面时,价带上的电子被激发,跃迁到异带上，同时在价带产生相应的空穴,这样就半导体内部生成电子(e-)—空穴（h+）随后,.电子-空穴对迁移到粒子表面不同位置、与吸附半导体表面的反应物发生相应的氧化或还原反应,同时激发态的二氧化钛重新回归到基态。与电荷分离相逆的是电子-空穴对的复合过程,这是半导体光催化剂失活的主要原因。电子-空穴对的复合将在半导体体内或表面发生,并释放热量。 1.1.3 TiO2催化剂的局限及改性途径 作为光催化剂,虽然二氧化钛具有其他催化剂难以比拟的无毒、价廉以及稳定等优点。但是目前二氧化钛光催化还存在着一些不足和局限,致使其不能再现实中得到大规模应用。究其原因,主要在于二氧化钛催化剂对太阳光的利用率不高并且其量子产率太低。锐钛矿相和金红石相二氧化铁的带隙分别为3.2eV和3.0 eV,对应的吸收阈值分别为420nm和380nm。它们所吸收的光的波长主要集中在紫外区,而在照射到地球表面的太阳光中,紫外光部分所占的比例还不到5%。从利用太阳能的角度来看,二氧化钛对太阳光的利用率较低,因此,如何缩