铁氧体基光催化材料的制备及其光催化性能的研究

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尖晶石型铁氧体作为新型的半导体类材料,可以在光激发下催化降解有机污染物。它的禁带宽度小,太阳光利用率较高,可以成为更高效的光催化剂。但是单独用其来催化降解有机污染物,效率很低。因此,为提高其光催化活性,采用掺杂和贵金属沉积的方法来提高尖晶石型铁氧体的光催化性能。采用溶胶-凝胶法合成不同元素掺杂的YxZn1-xFe2O4(Y=Ca,Cu和Ag)系列样品和不同煅烧温度与煅烧时间的Ca0.5Co0.5Fe2O4样品。通过XRD进行表征,发现CaxZn1-xFe2O4样品随Ca2+掺杂量的增多,会产生CaFe2O4的衍射峰;CuxZn1-xFe2O4样品为单一晶相,衍射峰也未发生偏移;AgxZn1-xFe2O4样品中Ag+未能完全进入晶格,掺杂后会导致Fe2O3、Ag和ZnO杂相峰的产生;Ca0.5Co0.5Fe2O4样品为尖晶石型。SEM分析表明,Ca2+掺杂会引起尖晶石型铁氧体的形貌从颗粒状向棒状改变;Cu2+掺杂会使尖晶石型铁氧体的颗粒粒径减小;Ag+掺杂会使尖晶石型铁氧体形貌变得非常不规则;Ca0.5Co0.5Fe2O4样品形貌为片层状。紫外光照射下催化剂样品降解100mL的甲基橙(50mg/L)的光催化实验结果显示,ZnFe2O4催化剂的甲基橙脱色率为62.88%;Ca0.5Zn0.5Fe2O4催化剂的甲基橙脱色率为85.25%;Cu0.1Zn0.9Fe2O4催化剂的甲基橙脱色率为63.83%;Ag0.1Zn0.9Fe2O4催化剂的甲基橙脱色率为69.18%;在850℃下煅烧5h的Ca0.5Co0.5Fe2O4催化剂的甲基橙脱色率为94.2%。采用均相沉积法(HDP)与胶体沉积法(CD)制备Au/ZnFe2O4催化剂。XRD分析表明,随着Au加入量的增大,Au的衍射峰逐渐增强。SEM图显示,CD法制备的Au/ZnFe2O4催化剂表面的Au颗粒分散性优于HDP法,能谱表明CD法和HDP法制备的Au/ZnFe2O4中Au的实际复合量与理论计算基本一致。样品光催化实验表明,使用HDP法制备的Au加入量为1wt%的Au/ZnFe2O4催化剂甲基橙脱色率最高为67.47%;使用CD法制备的Au加入量为5wt%的Au/ZnFe2O4催化剂甲基橙脱色率最高为72.17%。
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