α-Fe2O3异质复合ZnO光催化剂的液相合成及其降解氯酚有机毒物的性能研究

α-Fe2O3 has many excellent characteristics, for instance, narrow band gap, high chemical stability, good ferromagnetism at room temperature, acid and alkali resistance and light corrosion resistance. In this project, a simple one-step hydrothermal method is developed to produce micro-nano α-Fe2O3/ZnO composite photocatalyst. The size and morphology of α-Fe2O3/ZnO composite catalyst are regulated by changing the reaction conditions. Meanwhile, the formation mechanism of α-Fe2O3/ZnO composite catalyst is also clarified. Chlorophenol organic toxicants, which are very difficult to degrade in natural environment, are chosen to evaluate the photocatalysis property of α-Fe2O3/ZnO composite. Various characterization means are used to reveal the relationship between microstructure, size and morphology of α-Fe2O3/ZnO composite catalyst and its optical absorption property, magnetic performance, photocatalytic activity and magnetic separation effect from the double angles of view of chemistry and physics. The results of this study can not only realize the function complementariness between two photocatalysis materials, overcome the inherent defects of pure ZnO such as light instability and high solubility in strong acidic and alkaline solutions, further extend the spectral response range of ZnO, improve its photocatalytic activity, make it possible to recover and reuse micro-nano powder through magnetic separation technology, but also offer some helpful reference for the development and application of non-titanium matrix photocatalysis materials. So, this research possesses important theoretical and practical significance.

基于α-Fe2O3禁带宽度窄、化学稳定性高、室温铁磁性良好及耐酸碱、耐光腐蚀等优良特性，本项目拟采用工艺简单的水热技术一步合成微/纳米α-Fe2O3/ZnO复合光催化剂；在改变反应条件以实现α-Fe2O3/ZnO复合催化剂粒度及形貌可控制备的同时，阐明其形成机理；选用自然环境中难于降解的氯酚类有机毒物对α-Fe2O3/ZnO复合物的性能进行评价；借助多种表征手段，从化学和物理学双重角度揭示α-Fe2O3/ZnO复合催化剂微观结构、粒度及形貌与其光吸收特性、磁性能和光催化活性、磁分离效果之间的关系。课题的完成不仅有望实现单一光催化材料间的功能互补，克服纯ZnO易发生光腐蚀及在强酸性和碱性溶液中易溶解的缺陷，进一步拓宽ZnO的光谱响应范围，提高其光催化活性，使微/纳米粉体可通过磁分离技术进行回收再利用，所得成果还能为非钛基光催化材料的开发与实际应用提供有益借鉴，因而具有重要的理论和现实意义。

光催化降解技术是一项新兴的环境污染物净化技术。虽然ZnO因自身的特性和优势极有可能成为继TiO2之后的又一种应用前景广泛的光催化剂，但是ZnO也存在着一些不足之处。然而，目前以增进ZnO光催化剂性能为目的的复合体系研究尚处于起步阶段。本项目基于α-Fe2O3禁带宽度窄、化学稳定性高及耐酸碱、耐光腐蚀等优良特性，以廉价的锌盐、铁盐和碱为原料，采用简单的液相合成技术——沸腾回流法，在成功制得球状、枣核状、脊柱状、花状、篦子状多种具有独特形貌的ZnO颗粒基础上，通过控制反应前驱液的碱度和配比，一步合成出了棒状和花状两种类型的系列α-Fe2O3/ZnO复合材料，实现了α-Fe2O3/ZnO颗粒的微观结构（化学组成、结晶度、比表面积等）、粒度与形貌的可控制备。借助X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线能谱仪、紫外-可见漫反射光谱、比表面和孔隙度分析仪等多种技术手段对所得的α-Fe2O3/ZnO复合物进行系统表征，并选用自然环境中难于降解的氯酚类有机毒物对α-Fe2O3/ZnO复合物的光催化性能进行评价，获得了α-Fe2O3/ZnO复合物微观结构（化学组成、结晶度、比表面积等）、粒度和形貌对其光吸收特性及光催化性能的影响规律，筛选出了紫外-可见光照下，对“三致”有机毒物五氯酚具有理想降解效果且重复使用性能良好的α-Fe2O3/ZnO复合光催化剂。研究结果表明，所制α-Fe2O3/ZnO复合光催化剂实现了单一光催化材料间的功能互补，不仅增强了ZnO的可见光吸收能力，克服了其易发生光腐蚀及在强酸性和碱性溶液中易溶解的缺陷，还利用α-Fe2O3与ZnO二者间的协同效应提高了ZnO的光催化性能。与此同时，从光催化机理的角度详细分析了α-Fe2O3/ZnO复合物中α-Fe2O3的含量为何并非越高越好，而是存在一个最佳比例的原因。研究过程中，共培养研究生2名，申请发明专利2项，发表研究论文12篇（其中SCI收录6篇，EI收录1篇，中文核心2篇）。总之，本研究为非钛基光催化材料的开发与实际应用提供了有益借鉴，具有重要的理论和现实意义。