周玉凤, 周川巍, 胡桐泽, 段展鹏, 王颢潼, 石淑云

应用化学 2022, 39 (10): 1572-1578. DOI:10.19894/j.issn.1000-0518.220014

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采用化学沉积和焙烧结合方法制备Fe/V共掺杂立方晶型三氧化二锑（Sb₂O₃）复合材料。通过紫外可见分光光度计和红外光谱仪对合成复合材料进行谱学表征，通过X射线粉末衍射和光电子能谱对其存在形式和成分分析。以合成复合材料为光催化剂光催化降解模拟医药废水四环素（TC），并通过添加不同捕获剂初步分析光催化活性机理。实验结果表明，Fe和V元素成功掺杂Sb₂O₃体系中，经过硫酸处理焙烧制成的Fe/V共掺杂立方晶型Sb₂O₃复合材料对光的吸收由紫外区向可见光区扩展且吸收峰增强，其中H₂SO₄浸渍浓度为4 mol/L吸收峰最强。以此工艺条件下制备的复合材料为催化剂，在紫外光反应时间为180 min时对TC降解率可达99.3%，且具有较小的禁带宽度为2.15 eV，较大的光电流响应值0.79 mA和较小的交流阻抗内阻355 Ω。捕获实验和催化机理分析表明光催化产生的活性基团是羟基自由基起主导作用。

分别选取原始Sb ₂O ₃和酸浸渍前后复合材料进行固体紫外可见光表征以分析复合材料对光响应情况。由图3A可知，原始Sb ₂O ₃吸收峰只出现在230~265 nm范围内，而负载Fe和V后经过硫酸处理后的样品在紫外230~350 nm范围内有较强吸收峰。在可见光区（ λ>420 nm）也有明显吸收峰。同原始的Sb ₂O ₃紫外谱图比较，Fe、V掺杂后的复合材料紫外吸收峰强度有所增强，且峰向可见光区拓宽，而且经过酸处理后峰整体呈增强的趋势。根据Kubelka-Munk方程计算出几种复合材料的带隙能分别为2.15、2.21、2.37和2.48 eV，而未经处理的Sb ₂O ₃带隙能为2.64 eV（图3B），表明Fe和V掺杂并经过硫酸处理后复合材料各成分之间产生良好的协同作用，使得复合材料的禁带宽度变窄，吸收峰红移，提高对可见光的利用，这点通过光催化实验得到证实（图5）。

将合成复合材料做氮气吸附解附实验以考察材料的比表面积和孔隙率，测试结果如图5所示。当压力等于大气压时，Fe/V掺杂Sb ₂O ₃复合材料的氮气吸附在77 K时表现出Ⅰ型等温线行为，说明合成的复合材料具有有序的微孔结构［18-19］。不同浓度硫酸浸渍的几种复合材料的比表面积分别为104.926、135.418和169.426 m2/g，复合材料的比表面积都高于纯相（6.648 m2/g），而经过4 mol/L硫酸浸渍后最佳，说明优化后的复合材料孔隙率较好，吸附较多的羟基自由基，在光催化降解的过程中能够提供更多的催化活性点位，从而促进TC的光催化降解效果。