纤维结构氧化铁光催化剂的合成及性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

环境污染和能源短缺是当今世界亟待解决的两大主要问题。光催化氧化作为一种绿色技术，提供了彻底清除有毒化学品潜在有效的途径，具有利用天然太阳能源进行环境污染治理的双重作用，而开发具有太阳光活性的新型光催化剂已成为一项重要的研究课题。光化学高级氧化技术力求直接利用太阳光，通过催化剂活化o₂或h₂o₂，使之产生o₂、o^2-?、?oh等ros活性物种，进而氧化、降解有毒有机污染物。

氧化铁材料是一种重要的无机非金属材料，其粉体粒子具有巨大的比表面，表面效应显著，是一种很好的催化剂。由于氧化铁粒子细小，表面所占的体积百分数大，表面的键态和电子态与颗粒内部不同，表面原子配位不同等导致表面的活性位增加。用纳米fe₂o₃粒子制成的催化剂的活性、选择性都高于普通的催化剂，且寿命长、易操作。纳米半导体比常规半导体的光催化活性高得多，主要是由于量子尺寸效应使其导带和价带能级变成分立能级，能隙变宽，导带电位变得更负，而价带电位变得更正。fe₂o₃的化学性质稳定，催化活性高，具有良好的耐光性、耐候性和对紫外线的屏蔽性。它成本低廉，环境污染小，抗腐蚀性和稳定性强，在催化剂、颜料、磁记录介质、磁性涂料、气体传感器以及在环境保护过程中的气体脱落、废水处理等工业领域应用广泛。不同形貌、尺寸的氧化铁纳米材料由于特殊的纳米效应表现出不同于块状结构的独特优势，因此，关注纳米结构的合成、表征和性能研究具有重要意义。

铁的氧化物由于其独特的物理、化学性质，相对较低的成本，以及在催化、化学电源、磁性器件、传感器和污水处理等方面的潜在应用，而备受科研人员的关注。fe₂o₃的结构、形貌和粒径在决定其功能方面发挥着重要作用。纳米氧化铁作为一种重要的磁性材料，在催化剂领域有着广泛的应用前景。人们很早就注意到其在水溶液中的光催化氧化反应，如著名的fenton反应。在钙钛矿复合氧化物中有人研究过lafeo₃和znfeo₄的光催化性能，发现fe³ 具有很好地光催化活性，作为半导体的fe₂o₃与tio₂相比，其能带间隙（约为2.2ev）比tio₂带隙（3.2ev）窄，其光响应的波长（最大激发波长560nm）较之tio₂的uv区吸收波长（380nm）长，故fe₂o₃对太阳能的利用率较高。由于在太阳光谱中可见光占44%的比例，所以发展可见光催化剂已成为了近年来研究的热点，同时光催化技术具有成本低，操作简单，反应条件相对温和，无二次污染，矿化程度高等优点，已被广泛应用于有毒污染物的降解，光电化学水氧化和光催化产氢中。随着世界范围内环境问题的日益严重，利用半导体光催化技术进行环境净化已经引起了国内外学者的高度重视。

2. 研究内容和预期目标

研究内容：

1. 使用fecl₃为原料，通过生物模板，改变不同量的原料来制得不同的氧化铁催化剂；

2. 借助sem、tem、xrd等分析仪器对制得的氧化铁催化剂的表面形貌、结构、热稳定性进行研究；

3. 研究的方法与步骤

1.称取不同量的fecl₃配成200ml的溶液，把滤纸折叠好放入溶液中浸泡三天，取出来烘干，在550℃炉子里面煅烧，即可得到纤维结构的氧化铁；

2.将得到的氧化铁用来进行光催化制氢反应，测试其光催化性能；

3. 通过xrd，电镜uv-vis等仪器对材料进行结构和性能表征，测定其光光催化、抗紫外等性能。

4. 参考文献

[1] faust b c. photΟcheΜistry of clouds, fogs, and aerosols[j].environmental science technology, 1994, 28(5):216a-222a.[2] bandara j, tennakone k, kiwij. surface mechanism of molecular recognition between aminophenols and ironoxide surfaces[j]. langmuir, 2001, 17(13): 3964-3969.

[3] zhou j, zou z, ray a k,et al. preparation andcharacterization of polycrystalline bismuth titanate bi12tio20 and itsphotocatalytic properties under visible light irradiation[j]. industrial engineering chemistry research, 2007, 46(3): 745-749.

[4] 傅希贤, 杨秋华. 钙钛矿型氧化物 lafeo3 光催化活性的研究[j]. 化学工业与工程, 1999, 16(6): 316-319.

5. 计划与进度安排

1.2022-02-22～2022-03-07：查阅文献，了解课题背景，完成开题报告。

2.2022-03-08～2022-03-10：开展初步实验，熟悉模板法制备氧化铁的过程。

3.2022-03-11～2022-03-13：制备纤维结构氧化铁。