超细α-Fe2O3纳米颗粒及其石墨烯复合物的光电特性研究

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赤铁矿(α-Fe2O3)具有稳定的化学性质、来源广,环境友好且具有合适的带隙宽度(1.9-2.2 eV),被认为是最有前景的半导体光催化材料之一。然而,氧化铁单体材料导电率低、吸收系数差、纳米粒子之间容易团聚等已严重影响了其在光催化领域的广泛应用。材料比表面积的大小是衡量光催化效率的重要因素,大的比表面积可以为光催化材料提供更多的吸附位点和反应活性位点,从而提高光催化降解速率。另外,以石墨烯为代表的碳基材料具有优异的电子输运特性和较大的比表面积,以其为载体构筑纳米复合光催化材料,可以产生协同效应,显著提高材料的光催化活性。因此,具有大比表面积的超小纳米颗粒及其石墨烯复合物的构建,已成为氧化铁基光催化材料研究领域的潜在热点之一。本文采用水热法制备出超细α-Fe2O3纳米颗粒,并以其为基材,自组装成超薄圆饼,通过掺杂不同比例的还原氧化石墨烯(Reduced Graphene Oxide,rGO),构建了超细α-Fe2O3纳米颗粒/rGO复合材料,α-Fe2O3超薄圆饼/rGO复合材料,对其的光电催化性能进行了系统的研究。(1)以氯化铁和磷酸二氢钠为原材料,通过水热法合成粒径为5.5?0.9nm左右的超细α-Fe2O3纳米颗粒。通过掺杂不同比例的rGO,测定其光电流响应,掺杂比例为5 wt%rGO的复合材料光电流为0.46 mA/cm2是纯的超细α-Fe2O3纳米(0.25 mA/cm2)的1.8倍。在紫外光源的照射下,对未掺杂rGO的超细颗粒和掺杂5 wt%rGO的复合材料分别降解不同的染料,两种样品对阳离子型的罗丹明B的完全降解所需时间4050 min,而且掺杂5wt%rGO的复合材料的催化效率比纯的超细α-Fe2O3纳米颗粒的催化速率提升25%。(2)以超细α-Fe2O3纳米颗粒为种子,改变氯化铁和磷酸二氢钠的反应浓度和反应条件等,自组装成厚度约6 nm,直径90±10 nm的α-Fe2O3超薄圆饼结构。通过掺杂不同比例的rGO,测定其光电流响应,掺杂比例为15wt%rGO的复合材料光电流为0.61 mA/cm2是纯的α-Fe2O3超薄圆饼(0.08mA/cm2)的7.6倍。在可见光的4 h照射下,对未掺杂rGO的超薄圆饼和掺杂15wt%rGO的复合材料分别降解不同的染料,两种样品表现出对阳离子型的罗丹明B的更优的降解速率,分别为89.4%,93.8%。
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