[发明专利]一种铁掺杂TiO2八面体纳米颗粒及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Fe³⁺掺杂TiO₂八面体纳米颗粒及其制备方法。首先将六水合三氯化铁和对苯二甲酸倒入装有N,N‑二甲基甲酰胺溶液的烧杯中，对混合液进行超声波振动处理，使其充分溶解混合，然后将混合液倒入反应釜中水热反应，最后将所得样品分离、洗涤和干燥，获得橘黄色粉末MIL‑101(Fe)；将制得的MIL‑101(Fe)粉末加入到乙醇和钛酸四丁酯溶液中搅拌，充分混合后再加入去离子水和氢氟酸继续搅拌，然后将混合溶液倒入反应釜中水热反应，最终将所得样品分离、洗涤和干燥，获得具有Fe³⁺掺杂的TiO₂八面体纳米颗粒。该方法工艺简单易操作，显著提高了TiO₂的光催化性能，在光催化领域具有很大的应用前景。

技术领域

本发明属于新材料领域，特别涉及一种新型Fe³⁺掺杂TiO₂八面体纳米颗粒及其制备方法。

背景技术

TiO₂作为一种应用非常广泛的半导体材料，具有化学性质稳定，光照后不发生光腐蚀，耐酸碱性良好，氧化能力强，原料来源丰富而且价格便宜，对生物无毒害作用等优点。但作为光催化剂，TiO₂也有不可忽略的缺陷，由于其能带隙比较宽，电子从价带跃迁至导带就需要更多能量，导致其只对紫外光有响应，这大大降低了其对太阳光的利用率，最终限制了TiO₂在光催化领域的应用。

铁作为地壳中最丰富的元素之一，具有价格低廉，无毒等特点。金属有机骨架材料（Metal-Organic Frameworks，MOFs）由于具有高比表面积、可裁剪性、低骨架密度、大孔径以及可调节孔道、表面可官能化及良好的拓扑结构等特性而受到广泛关注。铁基MIL-101(Fe)是MOFs材料的一种，属于新型多孔材料，具有MOFs材料的一切优点而且制备工艺简单的优点，所以被广泛运用。

因此，以MIL-101(Fe)为模板和铁源，获得大比表面积、特殊纳米结构TiO₂的同时将Fe³⁺掺入TiO₂中，改变TiO₂的带隙值，拓宽TiO₂的光响应范围，势必提高TiO₂的光催化性能，获得高效率的可见光响应光催化剂。该实验方法在光催化领域具有广阔的应用前景，为制备具有可见光响应、高比表面积、稳定形貌以及高催化活性的半导体材料提供了新的方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种Fe³⁺掺杂TiO₂八面体纳米颗粒的制备方法，该方法以MIL-101(Fe)作为模板和铁源，首次提出用一步水热法在去除MIL-101(Fe)的同时，将模板中的Fe³⁺成功掺入TiO₂半导体材料中，从而获得具有特殊形貌的可见光响应的TiO₂纳米材料。与传统的热处理或者煅烧去模板法不同，且方法简单容易操作，样品结构不容易坍塌且实现了离子的掺杂。

本发明的技术方案如下：

一种Fe³⁺掺杂TiO₂八面体纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：

（1）MIL-101(Fe)八面体制备

将六水合三氯化铁和对苯二甲酸倒入装有N,N-二甲基甲酰胺溶液的烧杯中，对混合液进行超声处理，充分溶解后，将混合液倒入反应釜中进行水热反应，然后经过多次离心分离和洗涤，最后干燥得到MIL-101(Fe)八面体；

（2）Fe³⁺掺杂TiO₂八面体的合成