α-Fe2O3材料在可见光照射下光催化降解的效率
前言
光催化处理有机污染物具有可利用太阳能、清洁和无二次污染等优点，受到人们的高度重视。经多年的探索与研究，人们开发出了多种半导体光催化剂，如氧化物和硫化物等。
然而它们多数只具有紫外光活性，太阳能利用率有待提高。近年来，越来越多的过渡金属含氧酸盐层状化合物应用于光催化领域。
此类物质光催化活性高，但也只具有紫外光响应。
为了扩宽过渡金属含氧酸盐层状化合物的光谱响应范围，人们通过离子掺杂、半导体复合等途径加以改善。
过渡金属含氧酸盐层状化合物可剥离成带负电的纳米片层，通过引入带正电的粒子可将其重堆积成具有介孔结构的复合材料，从而获得了高光催化活性。
α-Fe2O3是带隙宽度为2.2eV的n型半导体，具有可见光催化活性。
本文以高催化活性的HTiNbO5为主体，α-Fe2O3为客体，通过剥离-重堆积法将α-Fe2O3插入到钛铌酸层间，制备出具有可见光催化活性的α-Fe2O3/HTiNbO5柱撑复合材料，在可见光照射下，该材料对罗丹明B具有较高的光催化降解效率。
将摩尔比为1∶2∶1的Nb2O5、TiO2和K2CO3混合，并置于1150℃煅烧24h，制得KTiNbO5。之后，通过酸交换反应得到HTiNbO5。
将0.5gHTiNbO5加入到50mL的水中，用25%的四丁基氢氧化铵将溶液pH调到9~10；将溶液转移到水热反应釜中，于120℃反应2h。
待水热釜冷却后，将溶液稀释至500mL，室温超声2h，离心10min(6000rpm)，制得TiNbO5–纳米片层溶胶，将溶胶的溶度稀释至10-4mol/L，并用稀硝酸调节pH至6。
通过热水解的方法制备α-Fe2O3水溶胶。之后，在剧烈搅拌下，将α-Fe2O3溶胶缓慢地滴加到TiNbO5–纳米片层溶胶，可以看到有棕红色絮状物产生。
滴加完毕后，将混合物的pH调为4，继续在室温下搅拌12h，60℃老化24h，确保插入反应彻底进行。
最后，静置4小时，去除上清液，离心分离，用蒸馏水多次水洗，再用1∶1的乙醇-水混合溶剂清洗产物3次，80℃干燥。
光催化测试：实验采用可见光下催化降解罗丹明溶液来测量复合材料的光催化活性。
在100mL的5mg/LRhB溶液中加入20mg的光催化剂，避光下磁力搅拌4h以达到催化剂对RhB溶液的吸附-脱附平衡，开启光源，反应开始。
每隔30min抽取3mL的反应液，离心(10000r/min，10min)取上清液用UV-1800H型紫外-可见分光光度计测量其在553nm处的吸光度，测定光催化反应过程中RhB的降解率。
可见光光源为加λ≥420nm滤光片的300W氙灯。9.6°强而尖锐的(002)衍射峰，质子化后，移至10.6°(曲线b)，对应的层间距由0.92nm降低至0.84nm，这是因为H+替换K+进入到钛铌酸盐层间所致。
当带负电的钛铌酸纳米片层与带正电的α-Fe2O3纳米颗粒在静电作用下重堆积成复合材料后，复合材料的(002)峰向低角度移动至7.8°(曲线d–f)，相应的层间距扩大到1.13nm。
这表明纳米颗粒柱撑到钛铌酸层间，复合比例并不影响复合材料的结构，故下面只给出FTN2的表征。可以看到，α-Fe2O3柱撑到钛铌酸片层以后，形成了肺泡状形貌，表面卷曲状，这是柱撑材料发生重堆积和小晶粒间无序堆积而成。
图2c为FTN2的TEM图，可以看到近于平行的纳米片层条纹，片层有序地堆积在一起，层间有细小颗粒填充，层与层之间的距离为1.13nm，与XRD的测量结果相符。
对白框内进行局部EDX，结果表明，纳米片层与Fe2O3的比例约为2.9∶1，氧化铁的量少于投料比(2∶1)。
如图3的氮气吸附-脱附曲线所示，HTiNbO5不存在回滞环，属I型等温线，为无孔材料。表明复合材料中存在介孔结构，孔呈狭缝状。
根据BJH计算方法可以得到复合材料的孔径分布曲线，如图3的插图所示。从图中可以看到，复合材料的孔径出现两个极值：3.1和7.7nm，这是分别源于复合材料中柱撑结构形成的狭缝和小晶粒无序堆积而成的类卡片房结构。
经计算，KTiNbO5和HTiNbO5的BET比表面积都比较小，分别是6和13m2/g。α-Fe2O3和钛铌酸片层组装后，比表面积增加到140m2/g，分别是前驱物HTiNbO5和Fe2O3的10.8倍和1.3倍。
而且，相比于HTiNbO5的孔容，复合材料的孔容增加了10倍。比表面积和孔容的增加主要归因于氧化铁和钛铌酸重堆积后产生的介孔结构。
结语
复合材料呈介孔结构，比表面积达140m2/g。异质结中HTiNbO5主体和“-Fe2O3客体间的电子耦合作用使得材料的起始吸收波长红移至可见光区，并有利于光生载流子的转移。钝化剂成膜的原理还有配方3。
接上一集讲，这点可以从其工作液在工作或放置一段时间后，pH值反而降低来证明。因为氢氟酸属弱酸，在水溶液中的解离度不高。但氟与铬形成络合离子后氢离子被释放出来，从而降低了工作的PH值。
因此，产家配套了发蓝粉(氟化铵)提供氟离子，并适当提高工作液PH值。现提供两个蓝白配方，硝酸调PH值到钝化时间20~40秒。
10mL/L开缸，15~20秒，要增加防腐性能，还需加入镍盐、钼盐等。
以上两个配方都在生产线上中试过，酸锌滚镀，产品合格。由于一些原因，并没有放大试验。有兴趣的朋友可以生产后进一步跟踪实验，直到各组分配比最佳为止。