1、JIANGSUUNIVERSITY本科毕业论文离子液体辅助合成FE2O3中空微球及其光催化性能的研究IONICLIQUIDASSISTEDSYNTHESISANDPHOTOCATALYTICPROPERTIESOFFE2O3HOLLOWMICROSPHERES学院名称化学化工学院专业班级应用化学0902班学生姓名学号指导教师姓名指导教师职称201年月江苏大学本科毕业论文I目录第一章离子液体简介及离子液体在纳米材料合成中的应用111离子液体的介绍112离子液体用于纳米材料的合成3121金属纳米粒子3122非金属材料3123金属氧化物4124盐类物质5125多孔纳米材料513本文的主要内容及研究意
2、义6第二章反应型离子液体辅助溶剂热合成FE2O3中空微球及其性质实验721实验药品722实验仪器723样品的制备824光催化活性研究8第三章结果和讨论931X射线衍射分析932扫描电子显微镜分析933傅立叶变换红外光谱分析1134紫外漫反射光谱分析1235FE2O3样本的光催化活性12第四章结论16致谢17参考文献18江苏大学本科毕业论文II离子液体辅助合成FE2O3中空微球及其光催化性能的研究摘要本文通过1辛基3甲基咪唑四氯合铁金属型离子液体OMIMFECL4溶剂热合成了中空、球状结构的FE2O3材料。通过X射线衍射XRD、扫描电镜SEM、透射电镜TEM、能谱EDS、固体紫外DRS、红外FT
3、IR等方法对催化剂进行表征分析。并考察了离子液体的浓度对FE2O3结构形态的影响。研究结果表明，OMIMFECL4离子液体在FE2O3中空微球的合成过程中不仅作为铁源，还起到了溶剂和模板剂的作用。另外，我们也考察了FE2O3的光催化性质。结果表明FE2O3显示了高的光催化活性。这种设计型中空球状结构在光催化方面展现了潜在的应用。关键词FE2O3；光催化；离子液体；中空微球江苏大学本科毕业论文1第一章离子液体简介及离子液体在纳米材料合成中的应用11离子液体的介绍随着经济和科学技术的不断发展，人们对健康和环境的关注越来越多，要求也越来越高。“绿色化学”、“环境友好化学”、“清洁技术”等概念的提出对
4、传统的化工生产工艺流程提出了更高的要求和新的挑战。离子液体（IONICLIQUIDSILS），又称为室温熔融盐（ROOMTEMPERATUREMOLTENSALTS），区别于常规的熔融盐，一般是指在是指在室温或近室温下完全由阴阳离子组成的液体1,2。该类液体一般是由含氮、磷的有机阳离子和大的无机阴离子组成，最常见的是咪唑盐、吡啶盐、烷基铵盐、烷基磷酸盐等。图1为常规离子液体的阳离子和阴离子的组成和分类，离子液体的水溶性主要取决于离子液体阴离子的选择。图1常规离子液体的阳离子和阴离子组成和分类示意图3离子液体外观看起来类似于水或甘油等液体，但离子液体却具有很多水和一般常规有机溶剂所无法比拟的物理
5、化学性质461、液相温度区间比较宽，具有很好的热稳定性。许多离子液体具有大于300的液相范围，而水只有100的液相范围，氨是44。离子液体较宽的温度区间使得在较大程度上的动力学控制成为可能，同时由于离子液体的熔点在室温附近，较低的熔点可避免分解、歧化等副反应的发生。江苏大学本科毕业论文22、溶解范围比较宽，溶解能力较强，由于离子液体具有较强的极性，有很高的溶解性和弱配位性或非配位性，可以溶解许多有机物、无机物和高分子材料，且溶解能力较大同时可以溶解H2、CO和O2等气体，即可以作为催化加氢、羰化、加氢醛化、氧化等化学反应的溶剂。离子液体还是一种非质子溶剂，可以减少溶剂化现象的出现，由于具备较强
6、的离子环境，可以延长许多物质的使用寿命。3、离子液体的蒸气压小，几乎不挥发，不可燃、不氧化、毒性较小，可用于高真空体系，可降低反应中因溶剂挥发而造成的环境污染，这也是离子液体之所以被称为“绿色溶剂”的重要依据。4、离子液体对有些不互溶的有机溶剂可以提供一个非水、极性可调的两相体系，离子液体具有一定的表面活性功能，在溶液中可以形成微乳体系7。此外，有些特殊的功能化离子液体本身具有液晶的性质8。5、粘度低，热容大，对潮湿空气稳定，易于处理。图2功能化离子液体的应用示意图136、可以简单的通过调节合适的阴/阳离子的组合得到不同憎水/亲水和极性的离子液体，因此离子液体也被称为“设计性溶液”。同时由于含
7、有如BF4和PF6等的弱配位阴离子，离子液体作为潜在的极性非配位溶剂，在阳离子存在下可以很好的提高反应的速率。7、离子液体的离子电导率高，电势窗大，可达到35V。江苏大学本科毕业论文3由于离子液体相对于常规的溶剂具有好的热稳定性、几乎可以忽略的蒸汽压、高的传导性、高的调变性以及较宽的电化学窗口而被用来替代常规溶剂广泛用于各个领域中。目前为止，离子液体已经被广泛用于有机合成的溶剂9、分离提取的新溶剂10、两相催化反应的介质11以及功能材料12合成的应用中图2。12离子液体用于纳米材料的合成相对于离子液体在有机合成和催化反应方面的广泛应用和深入研究14，离子液体在无机纳米材料合成方面的研究现处于初
8、步阶段。2000年，DAI等15首次使用离子液体EMIMTF2N代替水溶液作为反应溶剂，通过溶胶凝胶法用正硅酸甲酯（TMOS）合成了稳定的二氧化硅气凝胶。与常规合成气凝胶的溶胶凝胶法相比，室温离子液体由于具有蒸气压小、熟化时间长的特点，具有较高的离子键力，可以提高反应的聚合产率，同时有助于水解和浓缩，从而有利于气凝胶的结构趋向于稳定化。在此之后，离子液体被尝试用在各种材料的合成中，至今离子液体液体已经被应用于金属单质结构、非金属结构、硅、有机硅、无机金属氧化物、金属硫化物、金属盐、离子液体功能复合材料和支撑离子液体等材料的合成中，已有的研究表明，离子液体在材料合成过程中能起到溶剂、模板剂、稳定
9、剂和还原剂等作用，对功能材料形成过程起到重要的作用。一般来说，离子液体中合成的功能材料大致可以分为以下几类121金属纳米粒子相对于块状大尺寸的金属单质，纳米级的金属颗粒具有独特的物理化学性质，现已广泛应用于催化反应、电子学、光学、磁学以及生物医药学等领域的研究中16。正因为如此，金属纳米粒子的合成成为目前研究的热点之一。常用的金属纳米颗粒合成的方法为自下而上的湿化学法，这是由于在该体系中金属原子可以很好的与聚合物、配合物、胶束、微乳液以及表面活性剂等捕获剂和稳定剂相结合形成均匀分散的金属纳米颗粒17。金属纳米颗粒的表面自由能比较高，容易团聚，捕获剂和稳定剂的引入能很好的阻碍金属纳米颗粒的聚集。
10、常规的湿化学合成法中，使用的溶剂主要为水和有机溶剂。离子液体是由有机阳离子和无机阴离子组成的液体，其独特的结构使得其可以作为介质和稳定剂用于金属纳米颗粒的合成中，同时反应的产物易于分离提纯，且离子液体可以回收循环使用。122非金属材料离子液体在金属单质纳米颗粒的可控合成方面已经进行了很多的研究。与此同时，在非金属材料的合成方面，离子液体也起到至关重要的作用。ZHU等18通过微波加热的合成方法在离子液体BUPYBF4中成功制备得到了TE纳米棒和纳米线，研究结果显示离子液体和微波江苏大学本科毕业论文4加热对TE材料的形貌起到重要的作用，离子液体除了作为反应溶剂和微波吸收剂外，还起到表面活性剂的作用
11、。ZHANG等19通过在反应釜中160加热溶解有葡萄糖的离子液体BMIMBF4成功制备得到了直径为1M的碳球材料，研究显示反应温度对材料的形成和粒径起到至关重要的作用。最近，DAI20等通过阳离子含腈基离子液体BCNIMCL、BCNIMTF2N、MCNIMTF2N等在N2气氛下800反应直接分解得到了氮掺杂多孔碳材料，研究结果显示离子液体阴阳离子的组合对碳材料的形貌和结构起到至关重要的作用。ANTONIETTI21课题组也在含腈基EMIMDCA离子液体中成功合成了氮掺杂石墨烯碳材料。该类方法为多孔碳材料的简单、快速合成提供了新的途径。123金属氧化物金属氧化物由于具有特殊的物理化学性质，在催化
12、反应、环境保护等很多领域得到广泛应用。相对于金属单质和非金属材料，离子液体在金属氧化物的合成方面也进行了较多的研究，已经有很多不同的半导体金属氧化物在离子液体环境中成功制备。二氧化钛材料是金属氧化物家族中研究较多的一种材料，由于其特有的性质而被广泛应用于光催化、太阳能电池和场致发光复合器件等领域。但是常规的制备方法得到的TIO2多为无定型态，且重结晶温度较高，易破坏纳米晶体本身的结构，使其失去特定的化学性质。室温离子液体由于具有较低的表面张力的优点，具有较高的成核率，可以形成较小的微粒。KIMIZUKA等22通过溶胶凝胶法将离子液体BMIMPF6加入到TIOBU4的甲苯溶液中，制备出直径为32
13、0M，壁厚为1M的锐钛矿TIO2中空微球，并采用不同的金属纳米粒子和羧酸对中空球内、外表面进行修饰，得到特殊功能的TIO2纳米中空球，并用于光催化方面的研究。研究结果显示，中空微球的尺寸可以通过调节反应的温度和搅拌的速度来实现。ZHOU等23人利用室温离子液体BMIMBF4和TICL4的混合溶液在80条件下制备得到了23NM的TIO2锐钛矿纳米晶体，该晶体能自组装生成大小在70100NM的海绵皂状TIO2材料。另外YOO等24人在室温离子液体BMIMPF6中通过溶胶凝胶法合成了锐钛矿结构的TIO2纳米粒子，具有很高的比表面积和纳米孔道结构。该结构纳米TIO2材料在催化、太阳能转化以及电子发光复
14、合器件中有潜在的应用。WANG等25在离子液体BMIMBF4中通过微波加热的方法合成得到了花状和针状的ZNO材料。同样，CAO课题组在C2OHMIMCL、BMIMCL、BMIMBF4中通过微波加热合成不同结构和形貌的ZNO材料26。ZHOU等27在油酸和乙二胺形成的离子液体中合成得到了六角形金字塔状的ZNO材料。ZHU等28通过功能化离子液体ZNL4NTF22L烷基胺离子热合成了花状结构的ZNO层状结构，研究显示ZNO材料的形貌随着离子液体中烷基链的长度改变而变化。TAUBERT等29以四丁基氢氧化铵离子液体为前躯体，合成得到了ZNO材江苏大学本科毕业论文5料，研究显示离子液体除了提供碱性环境
15、外还起到模板剂的作用，对ZNO材料的形貌起到较好的调控作用。除了TIO2和ZNO外，其他金属氧化物材料如CO3O430、CEO231、SNO232、CUO33、CU2O34、FE2O335、NIO36、ZRO237、PBO38和AL2O339等也在离子液体体系中成功制备，离子液体在反应过程中对材料的生长起到重要的调控作用。124盐类物质离子液体除了在金属纳米颗粒、非金属材料、金属氧化物以及金属硫化物的合成中得到广泛的应用外，在无机盐类物质的合成中也进行了相关的研究。TAUBERT40以十二烷基吡啶四氯合铜离子液体为前躯体合成得到了CUCL纳米片，离子液体在合成过程中除了作为铜源外，还起到模板剂
16、的作用控制CUCL纳米片的生长。该课题组还在OMIMPF6形成的微乳体系中合成了立方体结构和中空结构的CAF2纳米棒，研究发现CAF2中的F来源于离子液体的阴离子41。JACOB等42在离子液体BMIMBF4中制备得到了FEF2、COF2、ZNF2、LAF3、YF3和SRF2，该研究同样发现氟化物中的F来源于离子液体的阴离子。LI等43以离子液体BMIMBF4为溶剂、模板剂和反应源合成得到了含水的FE19F475095H2O、FEF3033H2O氟化物，并将此材料作为阴极用于锂离子电池的应用中。除了氟化物盐外，TAUBERT等44在离子液体HMIMBF4/H2O成功制备了CACO3晶体材料，研
17、究发现离子液体的浓度对CACO3材料的形貌影响较大。SHAN等45在1甲基3戊基咪唑酯离子液体中成功合成了稻谷状SRCO3、CACO3和MNCO3束形材料。SUN等46以离子液体BMIMBR为溶剂和模板剂合成得到了SMVO4纳米片材料，研究显示离子液体对材料的形貌起到很好的控制作用。ZHANG等47通过乙二醇/C8MIMPF6离子液体体系合成得到了RE3掺杂的NAYF4材料。离子液体还被用于合成具有荧光性质的磷酸盐类物质。BHLER等48在MEBU3NNTF2离子液体中微波合成了LAPO4CE,TB纳米晶体，结果显示离子液体中合成的磷酸盐材料具有更高的量子效率。TARASCON等49在离子液体
18、EMIMNTF2中通过FEC2O4和LIH2PO4反应制备得到了LIFEPO4粉末材料用于锂离子电池的应用中。CAO等50通过微波水热合成的方法在离子液体BMIMBF4中成功合成了ZNFE2O4材料，并将其应用于可见光催化降解苯酚的研究中，结果显示该材料具有很好的光催化降解苯酚的能力。125多孔纳米材料气凝胶是一种具有低密度、高表面积、低热导电性和低介电常数等特性的多孔材料。该类材料被广泛用于作为光学器件、传感器、绝缘材料和催化剂。DAI等15在室温离子液体EMIMTF2N中，通过溶胶凝胶法用正硅酸甲酯（TMOS）合成了稳定的二氧化硅气凝胶。与常规合成气凝胶的溶胶凝胶法相比，室温离子液体由于具
19、有蒸气压小、熟化时间长的特江苏大学本科毕业论文6点，具有较高的离子键力，可以提高反应的聚合产率，同时有助于水解和浓缩，从而有利于气凝胶的结构趋向于稳定化。用表面活性剂合成孔径大于2NM介孔材料的报道比较多，关于孔径在12NM的多孔材料合成的报道较少。介孔材料很少用于具有尺寸选择性性质的催化，因为许多催化剂的尺寸要比介孔的孔径小，而孔径在12NM的多空材料正好满足了这种尺寸要求，因此，这种材料被广泛用于催化、分离，同时还可用于制造分离薄膜、传感器和纳米结构的器件。ZHOU等51通过纳米铸造技术52以室温离子液体C16MIMCL为模板合成了彼此平行，规则排列的层状超微孔SIO2，另外，改变室温离子
20、液体上的烷基碳链的长度（碳原子数为10，14和18），也可以得到SIO2的超微孔结构53。此外，在合成过程中加入聚苯乙烯（PS）球，他们又合成出大孔和超微孔相结合的二级孔道结构54。在此基础上，KUANG等55在合成过程中加入一种嵌段共聚物（KLE），得到了规则的三级孔道结构的SIO2，即大孔的孔壁中包含两种不同的孔道结构。13本文的主要内容及研究意义材料是与信息、能源并列的现代文明和社会发展的三大支柱之一,材料的创新与发展是其他相关科学技术发展的前提和保障。因此,材料的合成一直是材料科学领域的研究热点和前沿。离子液体作为一种特殊的液体功能材料,近十几年来备受关注。研究表明,离子液体在材料合成
21、中的成功应用引起了人们极大的兴趣，因为这种应用既是离子液体新用途的发现,又是合成材料新方法的诞生。FE2O3具有优良的物理化学性质，现被广泛用于光催化和其他领域。由于FE2O3中空微球具有独特的光电催化特性，在实际应用中显出更加优越的性能。因此，研究FE2O3中空微球的制备和特性具有重要的意义。本文将离子液体与溶剂热合成方法的优势相结合，成功的在离子液体辅助溶剂热条件下合成了FE2O3中空微球。还考察了离子液体浓度对FE2O3形貌的影响。研究发现在反应过程中，离子液体OMIMFECL4同时起着溶剂，反应物和模板剂的作用，并对FE2O3中空微球的形成起着重要的作用。同时对不同条件下合成得到的FE
22、2O3纳米材料进行了光催化活性考察，发现离子液体存在条件下合成得到的FE2O3中空微球的光催化活性明显好于没有离子液体得到的FE2O3材料。江苏大学本科毕业论文7第二章反应型离子液体辅助溶剂热合成FE2O3中空微球及其性质实验21实验药品表1实验所用的化学药品药品名称纯度生产厂家三氯化铁分析纯国药集团化学试剂有限公司氢氧化钠分析纯国药集团化学试剂有限公司OMIMCL99上海成捷化工有限公司罗丹明BRHB分析纯国药集团化学试剂有限公司无水乙醇分析纯国药集团化学试剂有限公司22实验仪器表2实验仪器实验仪器名称生产厂家电子天平北京赛多利斯仪器系统有限公司TGL16型高速离心机江苏金坛市中大仪器厂78
23、1型磁力加热搅拌器江苏省金坛市江南仪器厂KQ2200DB型数控超声波清洗器昆山市超声仪器有限公司DHG9140A型电热恒温鼓风干燥箱上海一恒科学仪器有限公司AVATAR470型FTIR光谱仪美国热电公司JEOLJSM7001F扫描电镜日本电子公司TRISTARII3020比表面测试仪美国MICROMERITICSINSTRUMENTCORPORATIONUV2450紫外可见分光光度计日本岛津公司JEOLJEM2010透射电子显微镜日本电子公司透射电子显微镜（TEM）PHILIPSTECNAI12，120KV（型号）X射线衍射仪（XRD）BRUKERD8（型号）DW01光化学反应仪扬州大学教学仪
24、器厂TU1800紫外可见分光光度计北京普析通用仪器有限责任公司江苏大学本科毕业论文823样品的制备离子液体OMIMFECL4是根据文献合成的56。离子液体OMIMFECL44MMOL溶解在20ML无水乙醇形成均相溶液。然后，氢氧化钠（6MMOL）添加到溶有OMIMFECL4的乙醇中，搅拌30MIN后，将溶液转移到25ML的聚四氟乙烯管中。OMIMFECL4与氢氧化钠的摩尔比为23。在140条件下溶剂热反应24H，然后冷却到室温。产物高速离心分离，并且用去离子水和无水乙醇分别清洗4次。后将产物置于真空干燥箱中50条件下恒温干燥12H。经过同样的过程，OMIMFECL4的量调整到2MMOL和1MM
25、OL或用三氯化铁（4MMOL）为前驱体时，合成了不同的FE2O3样品。在下文中，用OMIMFECL4（4MMOL），OMIMFECL4（2MMOL），OMIMFECL4（1MMOL），和三氯化铁为前驱体合成的FE2O3纳米材料分别表示为SAMPLEA，SAMPLEB，SAMPLEC和SAMPLED。24光催化活性研究以罗丹明B（RHB）为目标污染物，考察制备得到的不同形貌的FE2O3材料的光催化活性。在派莱克斯PYREX玻璃反应瓶中，将40MGFE2O3光催化剂加入100ML10MG/L的RHB溶液中，在无光照条件下磁力搅拌30MIN使反应体系达到固液吸附平衡。随后开启反应光源可见光300W氙
26、灯加滤光片，在一定时间间隔，取3ML反应溶液离心数分钟后，取其上层清液，用紫外可见分光光度计在波长554NM处测定RHB溶液的吸光度。根据朗伯比尔定律，溶液的吸光度与浓度成正比关系，通过吸光度替代浓度计算去除率，以此为RHB溶液的去除率。计算公式去除率0011001100CA，其中C0、C分别为光催化降解前后的浓度，A0、A分别是降解前后的吸光度值。江苏大学本科毕业论文9第三章结果和讨论31X射线衍射分析采用粉末X射线衍射技术研究了所得到的产品的结构和组成。XRD图谱中的样品是在140C通过溶剂热方法获得的，如图3所示。实验所制备样品的所有衍射峰均对应于六方晶系FE2O3的标准卡片JCPDSN
27、O330664，晶格常数为A5036，B5036，和C13749。同时没有其他杂质的衍射峰存在，说明实验所制备得到的为单一物相的FE2O3晶体材料。FE2O3在241，332，356，409，495，541，574，624，64，719，和754的十一个衍射峰分别与赤铁矿FE2O3的012，104，110，113，024，116，122，214，300，1010和220晶面的衍射峰一致。同时还发现，在XRD图谱中从SAMPLED到样品SAMPLEA衍射峰的强度在增加，由此可以看出SAMPLEA的结晶度高于任何其他样品的。这一结果表明，增加的离子液体用量可以提高合成材料的结晶度。20304050
28、607080113012INTENSITYAU2DEGREE1041100241161222143001010220ABCD图3样品的XRD谱图32扫描电子显微镜分析通过SEM表征来观察和分析实验制备材料的形貌。图4A，B是SAMPLEA的SEM图。从图中可以看出SAMPLEA的形貌是平均直径为24UM的微球。如图4A所示，可以清楚地看出微球的内部结构是空心的。如高倍扫描电镜图所示图4B所示，整个空心微球结构由大量的纳米粒子组成。对SAMPLEA的微观结构进一步进行了透射电镜表征。如图4C所示，黑暗和相对明亮部分之间的明显对比进一步证实FE2O3微球的空心性质。在图4D中显示了SAMPLEA的
29、高分辨传递电子显微镜图像。从图中可以看出它的晶格纹路相距为027NM，这江苏大学本科毕业论文10与FE2O3晶体的104位面的D值相符合。图4D内部为微球的边缘的选区电子衍射图案。可以看出，空心微球结构具有单晶衍射图样。EDS分析进一步证实了SAMPLEA的化学成分。如图4E所示，光谱中观察到FE和O的峰，这表明SAMPLEA主要是由FE和O组成。SI元素是归因于SI箔。产品的FE/O的原子比是4258，这与从FE2O3公式计算的值符合较好。153045607502004006008001000FEINTENSITYAUENERGYKEVOFEFESIFEE图4SAMPLEA的扫描电镜图ASA
30、MPLEA的低倍电镜图；BSAMPLEA的高倍电镜图；CSAMPLEA的透射电镜图；DSAMPLEA的高分辨图；ESAMPLEA的EDS能谱图为探讨含金属离子的离子液体对FE2O3晶体生长的影响，在相同条件下通过调整离子液体的浓度和改变FECL3的前驱体合成了FE2O3样品。图5C，D清楚地表明，所制备的低浓度含金属离子的离子液体合成的FE2O3样品是像花的直径为300400NM的纳米粒子。当含金属离子的离子液体的浓度的增加时，这些小的花状纳米粒子自组装成FE2O3中空微球图5A，B。然而，对通过FECL3合成的FE2O3样品的SEM图像显示样品呈现不规则形态江苏大学本科毕业论文11图5E，F
31、。众所周知，含咪唑阳离子的离子液体在溶液中具有明显的聚焦行为，容易形成胶束57。随着离子液体浓度的增加，离子液体形成胶束。纳米粒子可以通过聚集的机制在离子液体胶束表面定向聚合并自组装成中空微球58。在一般情况下，无机有机化合物是纳米微球在PVP作为模板的帮助下的自组装59。总之，金属基离子液体作为溶剂，反应过程中的反应物和模板对FE2O3中空微球结构起到了至关重要的作用。图5FE2O3样品的扫描电镜图A,BSAMPLEB；C,DSAMPLEC；E,FSAMPLED33傅立叶变换红外光谱分析所合成的FE2O3样品的质量和成分通过红外光谱进行了进一步研究，如图6所示。该宽波段的中心342083CM
32、1和163369CM1分别对应的是OH拉伸和水的弯曲振动60。如图4所示，样品A，样品B和样品C的光谱和与D样品的非常相似，而没有任何咪唑基团的吸收峰，证明用蒸馏水和无水乙醇可以很容易地从FE2O3晶体表面除去离子液体。江苏大学本科毕业论文124000350030002500200015001000500INTENSITYAUWAVENUMBERCM15478746689163369ABCD342083图6FE2O3样品的红外光谱图ASAMPLEA；BSAMPLEB；CSAMPLEC；DSAMPLED34紫外漫反射光谱分析FE2O3样品的光学性质通过紫外漫反射光谱测定。图7A为FE2O3样品的
33、紫外漫反射光谱图。从图中可以看出，在波长小于600NM的吸收存在较强的吸收，可以归因于FE2O3的固有的带隙吸收。用传统的TAUC方法进一步估计FE2O3晶体的禁带宽度，根据下面的公式EPHOTONK（EPHOTONEG）1/2,其中K是一个常数，是吸收系数，EPHOTON是直接光子的能量，EG是禁带宽度。以（EPHOTON）2为纵坐标，以EPHOTON为横坐标作图，得到的禁带宽度如图7B所示，SAMPLEA，SAMPLEB，SAMPLEC和SAMPLED的禁带宽度计算出来是206EV，204EV，196EV，和191EV，这小于文献报告的FE2O3（EG22EV）的值61。200300400
34、500600700800ABSORBANCEAUWAVELENGTHNMABCDA1618202224000510152025303540AEPHOTON2EV2NM2EPHOTONEVABCDB图7AFE2O3样品的紫外漫反射谱图；BFE2O3样品的禁带宽度谱图；ASAMPLEA；BSAMPLEB；CSAMPLEC；DSAMPLED35FE2O3样本的光催化活性江苏大学本科毕业论文13以罗丹明B为目标污染物，考察在过氧化氢存在下样品的光催化活性。图8A所示为存在下RHB溶液随时间变化的吸收光谱。以SAMPLEA为催化剂可见光照射150MIN后RHB悬浮溶液的最大吸收从1718移动至0034。
35、说明可见光照射下，在过氧化氢存在时，RHB被光催化降解。图8B显示在不同的条件下罗丹明B的光催化降解效率。空白试验证明在无光催化剂的情况下，6的罗丹明B在照射150MIN后可被降解曲线F。在有过氧化氢没有催化剂情况下，150MIN后RHB降解了40。结果表明，过氧化氢的降解是可以忽略的，这是由于过氧化氢的氧化电位差相比在催化剂的作用下产生的羟基自由基低62。在没有过氧化氢时，所制备的SAMPLEA在可见光照射下显示出微弱的催化活性曲线C。RHB在黑暗中在过氧化氢存在下被SAMPLEA缓慢降解曲线D，然而可见光照明大大加速了在SAMPLEA上对罗丹明B的光催化降解效率曲线A。照射150MIN后，
36、98的罗丹明B在过氧化氢存在下被SAMPLEA光降解。过氧化氢对提高催化剂的光催化性能的双重影响归因于传导电子或类FENTON的反应63。这可以通过以下机理来理解。在可见光照明下光生电子空穴对在FE2O3形成。在电子转移过程中光生电子将经过两种途径被捕获。首先，电子容易被过氧化氢诱捕形成羟基自由基。FE2O3FE2O3E,H1H2O2EOHOH2另外，电子被FE3表面诱捕转变为FE2，在下列反应FE3EFE23H2O2FE2OHOHFE34正如预期的那样，由于FENTON试剂的形成反应4在光催化反应中起到了关键的作用。FENTON反应是废水处理的最有效的高级氧化工艺之一64。江苏大学本科毕业论
37、文144004505005506006507000005101520WAVELENGTHNMABSORBANCEAUIRRADIATIONTIMEMIN0306090120150A0306090120150000204060810FEDCBTIMEMINC/C0AB图8ASAMPLEA为催化剂罗丹明BRHB随时间变化的降解谱图；B不同条件下光催化降解罗丹明BRHB污染物的活性图ARHB/SAMPLEA/H2O2/可见光BRHB/H2O2/可见光CRHB/SAMPLEA/可见光DRHB/SAMPLEA/H2O2/暗反应ERHB/H2O2/暗反应FRHB/可见光图9是不同催化剂在可见光照射下RHB
38、的光催化降解效率，如图所示，SAMPLEA的光催化活性最高，SAMPLEA到SAMPLED的降解率分别为98，88，74，和58。SAMPLEA对RHB的降解活性是SAMPLED近17倍，比YU报告的结果还要大65。HUANG课题组66报道，在可见光照射30MIN后，只有507的RHB被二氧化钛光催化剂降解（浓度为075G/L的光催化剂）。FE2O3光催化材料的活性变化与一些因素有关，如结晶度，形貌，高的BET比表面积需要被考虑。高度结晶结构相比非晶结构总是有利于电子空穴对的迁移，因此具有更高的光催化活性67。空心微球对提高FE2O3纳米晶体的光催化活性发挥关键作用。首先，被普遍接受的是催化过
39、程主要是与在催化剂表面分子的吸附和解吸相关。高比表面积的催化剂可以产生更多不饱和的表面配位点暴露到溶液中68。据报道，表面积大，有助于提高光催化反应的位点61,69。FE2O3中空微球的比表面积（2966M2G1SAMPLEA和2883M2G1SAMPLEB）均高于其他人报道的FE2O3的值如表370,71。第二，空心微球允许可见光在内部多次反射，能够更有效地利用光源和增强光捕获，从而增加可利用羟基的量来参与对罗丹明B的光催化降解65。最后，一个空心微球的上部结构的特征，为RHB分子能够容易和快速扩散进入空心微球的内层提供了理想渠道，大大增加了活性自由基和RHB分子之间的碰撞概率，并导致比其他
40、纳米和微米大小的样品有更高的降解效率72。在以上分析的基础上总结出，SAMPLEA对罗丹明B的光催化降解具有明显的优势。江苏大学本科毕业论文150306090120150000204060810C/C0TIMEMINABCD图9在H2O2存在的条件下不同FE2O3样品光催化降解罗丹明BRHB污染物的活性图ASAMPLEA；BSAMPLEB；CSAMPLEC；DSAMPLED表3FE2O3中空微球的物理性质样品A和样品B样品比表面积M2/G孔径分布NM孔体积CM3/GSAMPLEA29666340064SAMPLEB28838910047江苏大学本科毕业论文16第四章结论1通过溶剂热法在反应型离
41、子液体OMIMFECL4中合成得到了中空结构FE2O3球状材料。采用XRD、SEMEDS、TEM、BET、DRS等测试技术对实验制备的光催化材料进行微观结构的表征分析。2通过X射线衍射（XRD）确定了材料的组成和晶体结构，反应型离子液体存在条件下合成得到的FE2O3中空微球相比较标准卡片中FE2O3材料在晶面方向具有独特的取向生长。扫描电子显微镜的结果显示反应型离子液体中制备的FE2O3中空微球是由FE2O3花状纳米片自组装生成的。3通过与常规的无机盐为反应源制备的FE2O3材料对比可知，离子液体OMIMFECL4在合成过程中除了作为反应源外，还起到溶剂和模板剂的作用，对FE2O3中空微球的形
42、成起到至关重要的作用。4利用氮气吸附脱附实验确定了SAMPLEA和SAMPLEB的比表面积分别为2966M2G1和2883M2G1均高于其他人报道的FE2O3的值。紫外漫反射数据显示离子液体合成的中空结构FE2O3球状材料相比于常规的无机盐为反应源制备的FE2O3材料具有更窄的禁带宽度。光催化降解罗丹明B（RHB）研究表明在可见光照射下，离子液体体系中合成的FE2O3中空微球具有更高的光催化活性，SAMPLEA在可见光照射下150MIN罗丹明B目标污染物几乎被完全降解。江苏大学本科毕业论文17致谢时间过得真快，一转眼的功夫，我的本科毕业设计已经接近尾声了。我的论文是在导师老师的悉心指导下完成的
43、。在此，感谢老师对我的辛勤培养，贺老师渊博的学识，严谨的态度，高尚的师德和人格魅力对我产生了深远影响。不仅使我掌握了基本的研究方法、树立了远大的学术目标，还使我明白了许多待人接物和为人处世的道理。在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢。同时，我还要特别感谢XX师兄和XX师姐，感谢XX师兄对我的包容，平日里孙师兄一直带着我做实验，给予了我很多帮助，让我不再害怕面对实验时的失误。感谢师姐，本论文从选题到完成，每一步都是在师姐的指导下完成的，倾注了师姐大量的心血。我还要感谢老师，老师以及实验室所有师兄师姐，感谢他们一直以来的关心和照顾。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺
44、利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无私的帮助，让我明白，我不是一个人在战斗。在这里请接受我诚挚的谢意最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们由于我的水平有限，我的论文难免会出现错误和疏漏，恳请老师批评指正谢谢江苏大学本科毕业论文18参考文献1张锁江,徐春明,吕兴梅,周青离子液体与绿色化学M北京科学出版社,20092张锁江吕兴梅等编著离子液体从基础研究到工业应用M北京科学出版社,20063PLECHKOVANV,SEDDONKRAPPLICATIONSOFIONICLIQUIDSINTHECHEMICALINDUSTRYJCHEMSOCREV,2008,37,1231504GRI
45、LLOVA,SEDDONEJ,GRANTCM,AROMIG,BOLLINGERJC,FOLTINGK,CHRISTOUGBISBETADIKETONATELIGANDSFORTHESYNTHESISOFBIMETALLICCOMPLEXESOFTIIII,VIII,MNIIIANDFEIIIWITHATRIPLEHELIXSTRUCTUREJJCHEMTECHBIOTECHNOL,1997,68,3513565LARSENAS,HOLBREYJD,THAMFS,CHRISTOPHERARDESIGNINGIONICLIQUIDSIMIDAZOLIUMMELTSWITHINERTCARBORAN
46、EANIONSJJAMCHEMSOC,2002,12230,726472726ZHAODB,WUM,KOUY,MINEIONICLIQUIDSAPPLICATIONSINCATALYSISJCATALTODAY,2002,74,1571897张国栋,陈晓,靖波室温离子液体中的有序分子组合体J化学进展，2006,18,108510918BINNEMANSKIONICLIQUIDCRYSTALSJCHEMREV,2005,105,414842049WELTONTROOMTEMPERATUREIONICLIQUIDSSOLVENTSFORSYNTHESISANDCATALYSISJCHEMREV,1
47、999,998,2071208410马春宏,朱红,王良,姜大雨,闫永胜,王庆伟离子液体在萃取分离中的应用进展J冶金分析,2010,30,293611PLAQUEVENTJC,LEVILLAINJ,GUILLENF,MALHIACC,GAUMONTACLAUDEIONICLIQUIDSNEWTARGETSANDMEDIAFORAMINOACIDANDPEPTIDECHEMISTRYJCHEMREV,2008,10812,5035506012MAZ,YUJH,DAISPREPARATIONOFINORGANICMATERIALSUSINGIONICLIQUIDSJADVMATER,2010,22,
48、26128513FEIZF,GELDBACHTJ,ZHAODBFROMDYSFUNCTIONTOBISFUNCTIONONTHEDESIGNANDAPPLICATIONSOFFUNCTIONALISEDIONICLIQUIDSJCHEMEURJ,2006,12,2123213014PRVULESCUVI,HARDACRECCATALYSISINIONICLIQUIDSJCHEMREV,2007,107,2615266515DAIS,JUYH,GAOHJ,LINJS,PENNYCOOKSJ,BARNESCEPREPARATIONOFSILICAAEROGELUSINGIONICLIQUIDSAS
49、SOLVENTSJCHEMCOMMUN,2000,243244江苏大学本科毕业论文1916AIKENJD,FINKERGAREVIEWOFMODERNTRANSITIONMETALNANOCLUSTERSTHEIRSYNTHESIS,CHARACTERIZATION,ANDAPPLICATIONSINCATALYSISJJMOLCATALA,1999,145,14417ASTRUCD,LUF,ARANZAESJRNANOPARTICLESASRECYCLABLECATALYSTSTHEFRONTIERBETWEENHOMOGENEOUSANDHETEROGENEOUSCATALYSISJANGEWCHEMINTED,2005,44,7852787218ZHUYJ,WANGWW,QIRJ,HUXLMICROWAVEASSISTEDSYNTHESISOFSINGLECRYSTALLINETELLURIUMNANORODSANDNANOWIRESINIONICLIQUIDSJANGEWCHEMINTED2004,43,1410141419ZHANGFB,LIHLS
