● 摘要
当前人类面临的主要难题就是环境污染和能源短缺问题。纳米二氧化钛以其光催化活性高、理化性质稳定、无毒以及廉价等优良特性吸引了众多科技工作者的关注，一些科学家将对二氧化钛半导体光催化材料的研究称为“阳光工程”、“光洁净革命”。纳米二氧化钛能够通过光子激发产生的电子(e-)和空穴(h+)进一步形成超氧自由基和羟基自由基，这些强氧化产物能将污染物彻底氧化分解且不会造成二次污染。然而纳米二氧化钛存在光谱响应范围窄、量子转化率低、光的利用率低、实际降解过程中难回收等问题，因此限制了它在实际中的应用。所以，如何改善二氧化钛在可见光区域内光谱带宽、提高量子效率成为科研工作的热点。目前常用的方法有控制晶型、贵金属沉积、离子掺杂、染料光敏化以及二元半导体复合等。
本文在对纳米二氧化钛（TiO2）光催化机理做详细介绍的基础上，利用溶胶-凝胶法制备出掺杂金属铁离子的纳米二氧化钛（Fe3+-TiO2）复合光催化剂，通过XRD（X射线衍射仪）、SEM（扫描电子显微镜）、TEM（透射电子显微镜）、TG-DTA（热分析系统）和UV-Vis-NIR（紫外-可见-近红外分光光谱仪）等表征方法，研究了Fe3+-TiO2复合光催化剂制备过程的影响因素及其催化活性。
本文主要做了以下几个方面的实验和研究：
（1）金属离子Fe3+掺杂。采用溶胶-凝胶法制备工艺，以钛酸丁酯为前驱体，以硝酸铁为铁源，无水乙醇作为溶剂，通过浓硝酸来控制反应过程中的PH值，制备了纯纳米TiO2粉末和掺杂不同量Fe3+的Fe3+-TiO2复合光催化剂，研究了反应温度、搅拌速度、Fe3+浓度、焙烧温度及时间等因素对样品光催化性能的影响。结果表明：当PH为3，室温搅拌，35°C恒温烘干，650°C烧结，Fe3+与TiO2的摩尔质量比为5%时，制备样品的形貌较好，并且光吸收带发生明显红移，带宽增加，使得TiO2在可见光的照射下亦能发挥降解作用，从而可提高光催化效率。
（2）贵金属Ag掺杂。采用相同方法制备Ag-TiO2复合光催化剂，并利用多种表征手段对Fe3+-TiO2和Ag-TiO2的光催化性能进行对比。结果表明：在控制两种样品反应过程中PH为3、室温搅拌、35°C恒温烘干的条件下，同在600°C烧结时的Ag掺杂的纳米TiO2光催化剂样品的吸收性能要好于Fe3+掺杂。
（3）PH值对Fe3+-TiO2纳米复合光催化剂性能的影响。通过浓硝酸和氨水来制造PH值不同的酸性环境和碱性环境，在这两种环境下制备Fe3+-TiO2纳米颗粒，并利用多种测试仪器来观察不同样品的形貌、物相及光吸收性能等。结果表明：在控制两种样品室温下制备、35°C恒温烘干、分别在不同温度烧结的条件下，酸性环境下制备的光催化剂样品的形貌更好、吸收性能更强。
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