CN104759287A - 一种铁掺杂的二氧化铈光催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种铁掺杂二氧化铈光催化剂及制备方法，所述铁掺杂二氧化铈光催化剂，其分子式为FexCe1-xO2-0.5x，其中X为0.05-0.2。其制备方法，即采用以硝酸铈、硝酸铁、碳酸钠为起始原料，采用共沉淀法制备得到片状FexCe1-xO2-0.5x，制备过程中通过改变x值，可获得不同组成的FexCe1-xO2-0.5x。所得的FexCe1-xO2-0.5x，由于铁的掺杂对CeO2的禁带宽度有明显的影响，因此具有良好的光催化性能，且制备方法和所需设备简单，易于实现工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种铁掺杂二氧化铈光催化剂及其制备方法，该材料在光催化领域中应用广泛。本发明属于纳米科技领域。
技术背景
CeO2属于萤石型氧化物，萤石型氧化物因CaF2而得名。由于Ce具有独特的f电子构型，其化合物具有特殊的光、电、磁性质，被誉为新材料的宝库。CeO2是一种廉价而用途极广的材料，广泛用于发光材料、催化剂、抛光粉、电子陶瓷、紫外吸收材料等。CeO2作为N型半导体，其光吸收阈值约为420nm，高于目前最常用的半导体材料TiO2的387nm。可见，CeO2具有很好的光吸收能力。
纳米CeO2的光催化机理是利用CeO2在小于420nm的波长照射下，价带电子被激发跃迁到导带，从而产生具有很强反应活性的电子-空穴对，这些电子一空穴对迁移到CeO2表面后，在氧化剂或还原剂作用下，可以参与氧化还原反应，从而起降解污染物、净化环境的作用。从纳米CeO2的光催化机理可以得知，光催化反应的进行首先要激发源的能量等于或大于半导体禁带宽度的能量值。这样才能激发价带上的电子到导带，在价带上产生相应的空穴。太阳光是一种取之不尽，用之不竭的清洁能源。为了充分利用太阳能，各国学者都在做扩大CeO2吸收波长范围的研究，于是纳米CeO2各种改性方法也应运而生。
掺杂金属离子，会引起晶格的畸变，形成缺陷位，并对光催化材料的相转变温度、晶粒大小等产生影响，并且金属离子作为电子的有效接受体，可捕获导带中的电子．由于金属离子对电子的争夺，减少CeO2表面光致电子与光致空穴的复合，从而使CeO2产生更多的HO·和·O2 -。提高催化剂的活性。因为金属离子既可能成为电子或空穴的陷阱而延长其寿命，也可能成为复合中心反而加快复合过程，所以掺杂剂浓度对反应活性也有很大的影响，存在一个最佳浓度值。掺杂浓度过低，空间电荷层的电势降太小不足以有效分离光生电子和空穴对；掺杂浓度过高，导致陷阱之间的平均距离降低，电子和空穴复合率变大，离子掺杂效果变差。已有文献报道的金属离子掺杂研究主要涉及的是过渡金属离子掺杂以及稀有金属离子掺杂。
以CeO2为基体的光催化剂，国内外的研究也较广泛。纳米CuO/CeO2复合物合成方法有螯合法、溶胶法、共沉淀法。Zhigang Liu等在纳米颗粒氧化铈的制备研究[J].矿冶, 2003, 12: 51-54 中报道通过螯合法制备出催化剂CuO-CeO2。Mengfei Luo等人在W/O微乳液中CeO2超细粒子的制备[J]. 化学通报, 1998, 12: 51 中报道采用溶胶法合成了高比表面的CuO-CeO2催化剂。D.H Kim等人在Journal of Natural. Gas Chemistry, 2007, 16: 167–172 中报道采用共沉淀法合成制备出纳米CuO-CeO2。
文献中报道的制备纳米 CeO2-TiO2的方法有:溶胶-凝胶法，模板合成法，浸渍法等。P. X. Huang等人在J. Phys. Chem. B, 2005, 109: 19169-19174 中报道使用NaBH4还原HAuCl4将纳米Au粒子负载在湿法制备的纳米CeO2棒上，并研究了产物的光催化性。
Francisca Romero-Sarria等人在J. Phys. Chem. C, 2007, 111(39): 14469-14475 中报道通过在CeO2的溶胶中加入金盐制备Au/CeO2。
综上所述，目前的氧化铈基催化剂成本高、制备工艺复杂、在可见光区域内的催化效率低，本发明正是为了解决该问题而提出的。
目前尚无以碳酸钠作为沉淀剂，采用共沉淀法制备铁掺杂二氧化铈光催化剂。
发明内容
本发明的目的是为了解决成本高、制备工艺复杂、在可见光区域催化效率低等技术问题而提供一种铁掺杂二氧化铈光催化剂，该铁掺杂二氧化铈光催化剂具成本低、制备方法简单、禁带宽度窄、在可见光下反应效率高特点，即与要解决的技术问题对应，如现有技术中所存在的技术问题是催化剂的催化效率低，价格昂贵，那么本发明的催化剂则具有催化效率高，价格低廉等特点。
本发明的目的之二是为了提供上述的一种铁掺杂二氧化铈光催化剂的制备方法。
本发明的技术方案
一种铁掺杂二氧化铈光催化剂，其分子式为Fe x Ce 1-x O 2-0.5x ，其中X为0.05-0.2。
上述的一种铁掺杂二氧化铈光催化剂的制备方法，即采用以硝酸铈、硝酸铁、碳酸钠为起始原料，采用共沉淀法制备得到片状FexCe1-xO2-0.5x，通过改变x值，可获得不同组成的 FexCe1-xO2-0.5x，即室温下，将硝酸铈、硝酸铁溶于去离子水中，超声搅拌一段时间，然后用去离子水再配置Na2CO3溶液，用共沉淀法，通过反向滴定、控制反应温度与反应时间进行共沉淀反应，完全反应后，冷却至室温，离心分离，用去离子水洗涤至滤液呈中性，烘干、煅烧得FexCe1-xO2-0.5x；
其制备过程具体包括如下步骤：
（1）、在室温下，用去离子水配制浓度为0.1mol/L的硝酸铈水溶液、浓度为0.1mol/L的硝酸铁水溶液和浓度为0.5mol/L的碳酸钠水溶液；
（2）、将步骤（1）所得的浓度为0.1mol/L的硝酸铈水溶液和浓度为0.1mol/L的硝酸铁水溶液超声混合，得到硝酸铁和硝酸铈混合水溶液，所得的硝酸铁和硝酸铈混合水溶液中，按摩尔比计算，即Ce:Fe为0.8-0.95：0.05-0.2；
（3）、以2.5ml/min的速率将步骤（3）所得的硝酸铁和硝酸铈混合水溶液滴加到温度为70℃的浓度为0.5mol/L的碳酸钠水溶液中，滴加过程中控制温度为70℃，搅拌转速为600rpm，滴加完后，继续控制温度为70℃，搅拌转速为600rpm进行反应30min，所得的反应液自然冷却至室温；
硝酸铁和硝酸铈混合水溶液和碳酸钠水溶液的用量按摩尔比计算，即（Ce3++Fe3+）：碳酸钠为1：3；
（4）、将步骤（3）冷却至室温的反应液控制转速为8000-10000rpm进行离心分离5-15min，所得的沉淀用去离子水洗涤直至流出液的pH呈中性，然后再将所得的沉淀控制温度为70-80℃干燥10-20h，然后将所得的干燥产物控制温度为400-500℃煅烧4-5h，即得铁掺杂二氧化铈光催化剂。
本发明的有益效果
本发明的一种铁掺杂二氧化铈光催化剂，晶相纯，颗粒大小均匀，分散性良好，不易团聚，由于有铁的掺杂，二氧化铈光催化剂对紫外可见光的吸收发生了改变，由此表明了，铁掺杂后对二氧化铈的禁带宽度发生了改变，即二氧化铈的禁带宽度被缩小了，因此其光催化活性得到了改变—光降解能力得以提高。有文章报道CeO2的光降解罗丹明B的催化活性120min可以降解40%，而本发明的铁掺杂二氧化铈光催化剂，在120min时降解率可以达到57%。催化效果明显的提高了。
进一步，本发明的一种铁掺杂二氧化铈光催化剂的制备方法，由于采取的共沉淀法，因此其制备工艺简单，所需生产设备简单，易于实现工业化生产。
附图说明
图1、实施例1所得的CeO2光催化剂的SEM图；
图2、实施例2所得的铁掺杂的CeO2光催化剂的SEM图，其中铁的掺杂量为0.05；
图3、实施例3所得的铁掺杂的CeO2光催化剂的SEM图，其中铁的掺杂量为0.1；
图4、实施例4所得的铁掺杂的CeO2光催化剂的SEM图，其中铁的掺杂量为0.15；
图5、实施例5所得的铁掺杂的CeO2光催化剂的SEM图，其中铁的掺杂量为0.2；
图6、实施例1所得的CeO2光催化剂、实施例2-5所得的铁掺杂的CeO2光催化剂FexCe1-xO2-0.5x的XRD图；
图7、实施例1所得的CeO2光催化剂、实施例2-5所得的铁掺杂的CeO2光催化剂FexCe1-xO2-0.5x的UV-Vis图；
图8、铁掺杂二氧化铈光催化剂中的CeO2的直接带隙算法图；
图9、铁掺杂二氧化铈光催化剂中的CeO2的间接带隙算法图;
图10、铁掺杂二氧化铈光催化剂中的Fe0.05Ce0.95O1.975的直接带隙算法图；
图11、铁掺杂二氧化铈光催化剂中的Fe0.05Ce0.95O1.975的间接带隙算法图；
图12、铁掺杂二氧化铈光催化剂中的Fe0.1Ce0.9O1.95的直接带隙算法图；
图13、铁掺杂二氧化铈光催化剂中的Fe0.1Ce0.9O1.95的间接带隙算法图；
图14、铁掺杂二氧化铈光催化剂中的Fe0.15Ce0.85O1.925的直接带隙算法图；
图15、铁掺杂二氧化铈光催化剂中的Fe0.15Ce0.85O1.925的间接带隙算法图；
图16、铁掺杂二氧化铈光催化剂中的Fe0.2Ce0.8O1.9的直接带隙算法图；
图17、铁掺杂二氧化铈光催化剂中的Fe0.2Ce0.8O1.9的间接带隙算法图；
图18、实施例1所得的没有铁掺杂的二氧化铈光催化剂、实施例2-5所得的铁掺杂的二氧化铈光催化剂的光降解罗丹明B的催化效果图。
具体实施方式
下面通过具体实施例并结合附图对本发明进一步阐述，但并不限制本发明。
本发明的X射线衍射测定所用的仪器为Rigaku D/max 2550V X射线衍射仪
紫外-可见光吸收图测定采用岛津公司生产的UV-VIS-NTR--UV-3600。
SEM图测定采用SEM Hitachi S-3400N。
实施例1
一种没有铁掺杂二氧化铈光催化剂，其分子式为CeO2。
上述的一种铁掺杂二氧化铈光催化剂的制备方法，其制备过程具体包括如下步骤：
（1）、在室温下，用去离子水配制浓度为0.1mol/L的硝酸铈水溶液和浓度为0.5mol/L的碳酸钠水溶液；
（2）、以2.5ml/min的速率将100ml浓度为0.1mol/L的硝酸铁水溶液滴加到60ml温度为70℃、浓度为0.5mol/L的碳酸钠水溶液中，滴加过程中维持温度为70℃，转速为600rpm，滴加完后，继续控制温度为70℃，搅拌转速为600rpm进行反应30min，所得的反应液自然冷却至室温；
（3）、将步骤（2）冷却至室温的反应液控制转速为10000rpm进行离心分离10min，所得的沉淀用去离子水洗涤直至流出液的pH呈中性，然后再将所得的沉淀放在烘箱中控制温度为80℃干燥10h，然后取出碾磨，放在马弗炉中，控制温度为500℃煅烧5h，即得没有铁掺杂的二氧化铈光催化剂。
上述所得的没有铁掺杂的二氧化铈光催化剂的X射线衍射图如图6中的CeO2所示，与标准CeO2的XRD图谱对照表明，所得的没有铁掺杂的二氧化铈光催化剂为立方相的CeO2，无任何杂质相存在，经谢乐公式计算晶粒尺寸为21.386nm。
上述所得的没有铁掺杂的二氧化铈光催化剂的SEM图如图1所示，从图1中可以看出，所得的没有铁掺杂的二氧化铈光催化剂的微观形状为片状。
上述所得的没有铁掺杂的二氧化铈光催化剂的间接禁带宽度算法图、直接禁带宽度算法图如图8、9中所示，从图8、图9分别可以得出其间接和直接禁带宽度值；间接禁带宽度为：2.5714eV，直接禁带宽度为：3.1152eV。
上述所得的没有铁掺杂的二氧化铈光催化剂的紫外-可见光吸收图如图7中的CeO2所示，由此表明了没有铁掺杂的二氧化铈光催化剂在200-800nm的光吸收情况。
上述所得的没有铁掺杂的二氧化铈光催化剂催化罗丹明B进行光降解的效果如图18中的CeO2所示，从图18中可以看出，在120min时降解率可以达到33%，经过300min，罗丹明的降解率达到69%。
实施例2
一种铁掺杂二氧化铈光催化剂，其分子式为FexCe1-xO2-0.5x，其中X为0.05。
上述的一种铁掺杂二氧化铈光催化剂的制备方法，其制备过程具体包括如下步骤：
（1）、在室温下，用去离子水配制浓度为0.1mol/L的硝酸铈水溶液、浓度为0.1mol/L的硝酸铁水溶液和浓度为0.5mol/L的碳酸钠水溶液；
（2）、将5ml浓度为0.1mol/L的硝酸铁水溶液、95ml浓度为0.1mol/L的硝酸铈水溶液超声混合，得到硝酸铁和硝酸铈混合水溶液，硝酸铁和硝酸铈混合水溶液中，按摩尔比计算，即Ce:Fe为0.95：0.05；
（3）、以2.5ml/min的速率将步骤（3）所得的硝酸铁和硝酸铈混合水溶液滴加到60ml的温度为70℃、浓度为0.5mol/L的碳酸钠水溶液中，滴加过程中维持温度为70℃，搅拌转速为600rpm，滴加完后，继续控制温度为70℃，搅拌转速为600rpm进行反应30min，所得的反应液自然冷却至室温；
（4）、将步骤（3）冷却至室温的反应液控制转速为10000rpm进行离心分离10min，所得的沉淀用去离子水洗涤直至流出液的pH呈中性，然后再将所得的沉淀控制温度为70℃干燥12h，然后控制温度为500℃煅烧5h，即得分子式为Fe0.05Ce0.95O1.975的铁掺杂二氧化铈光催化剂。
上述所得的分子式为Fe0.05Ce0.95O1.975的铁掺杂的二氧化铈光催化剂的X射线衍射图如图6中的Fe0.05Ce0.95O1.975所示，与标准CeO2的XRD图谱对照表明，所得的铁掺杂的二氧化铈光催化剂为立方相的CeO2，无任何杂质相存在，Fe元素已经掺杂到CeO2晶格中。经谢乐公式计算，其晶粒尺寸为23.2154 nm。
上述所得的分子式为Fe0.05Ce0.95O1.975的铁掺杂的二氧化铈光催化剂的紫外-可见光吸收图如图7中的Fe-0.05所示，由此表明了由于7的掺杂，CeO2的紫外可见吸收情况发生了改变，吸收阈值发生了红移—既向可见光移动，由此可以得出其禁带宽度发生了改变。
上述所得的分子式为Fe0.05Ce0.95O1.975的铁掺杂的二氧化铈光催化剂的SEM图如图2所示，从图2中可以看出所得的铁掺杂的二氧化铈光催化剂即Fe0.05Ce0.95O1.975的微观形状为片状，由此说明以碳酸钠为沉淀剂，当有铁掺杂时，不会改变二氧化铈原有的形貌。
上述所得的分子式为Fe0.05Ce0.95O1.975的铁掺杂的二氧化铈光催化剂的间接禁带宽度算法图、直接禁带宽度算法图如图10、11中所示，从图10、图11分别可以得出其直接和间接禁带宽度值，间接禁带宽度为：1.9835eV，直接禁带宽度为：2.9056eV。
上述所得的分子式为Fe0.05Ce0.95O1.975的铁掺杂的二氧化铈光催化剂催化罗丹明B进行光降解的效果如图18中的Fe-0.05所示，从图18中可以看出，在120min时降解率可以达到55%，经过300min，罗丹明的降解率达到91%。
实施例3
一种铁掺杂二氧化铈光催化剂，其分子式为FexCe1-xO2-0.5x，其中X为0.1。
上述的一种铁掺杂二氧化铈光催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）、在室温下，用去离子水配制浓度为0.1mol/L的硝酸铈水溶液、浓度为0.1mol/L的硝酸铁水溶液和浓度为0.5mol/L的碳酸钠水溶液；
（2）、将90ml浓度为0.1mol/L的硝酸铁水溶液、10ml浓度为0.1mol/L的硝酸铈水溶液超声混合，得到硝酸铁和硝酸铈混合水溶液，硝酸铁和硝酸铈混合水溶液中，按摩尔比计算，即Ce:Fe为0.9：0.1；
（3）、以2.5ml/min的速率将步骤（3）所得的硝酸铁和硝酸铈混合水溶液滴加到60ml的温度为70℃、浓度为0.5mol/L的碳酸钠水溶液中，滴加过程中维持温度为70℃，搅拌转速为600rpm，滴加完后，继续控制温度为70℃，搅拌转速为600rpm进行反应30min，所得的反应液自然冷却至室温；
（4）、将步骤（3）冷却至室温的反应液控制转速为10000rpm进行离心分离10min，所得的沉淀用去离子水洗涤直至流出液的pH呈中性，然后再将所得的沉淀控制温度为70℃干燥12h，然后控制温度为500℃煅烧5h，即得分子式为Fe0.1Ce0.9O1.95的铁掺杂二氧化铈光催化剂。
上述所得的分子式为Fe0.1Ce0.9O1.95的铁掺杂的二氧化铈光催化剂的X射线衍射图如图6中的Fe0.1Ce0.9O1.95所示，与标准CeO2的XRD图谱对照表明，所得的铁掺杂的二氧化铈光催化剂为立方相的CeO2，无任何杂质相存在，Fe元素已经掺杂到CeO2晶格中。经谢乐公式计算晶粒尺寸为22.9356 nm。
上述所得的分子式为Fe0.1Ce0.9O1.95的铁掺杂的二氧化铈光催化剂的紫外-可见光吸收图如图7中的Fe-0.1所示，由此表明了由于Fe的掺杂，CeO2的紫外可见吸收情况发生了改变，吸收阈值发生了红移—既向可见光移动，由此可以得出其禁带宽度发生了改变。
上述所得的分子式为Fe0.1Ce0.9O1.95的铁掺杂的二氧化铈光催化剂的SEM图如图3所示，从图3中可以看出所得的分子式为Fe0.1Ce0.9O1.95的铁掺杂的二氧化铈光催化剂的微观形状为片状，由此说明以碳酸钠为沉淀剂，当有铁掺杂时，不会改变二氧化铈原有的形貌。
上述所得的分子式为Fe0.1Ce0.9O1.95的铁掺杂的二氧化铈光催化剂的间接禁带宽度算法图、直接禁带宽度算法图如图12、13中所示，从图12、图13分别可以得出其直接和间接禁带宽度值，间接禁带宽度为：1.798eV，直接禁带宽度为：2.8687eV。
上述所得的分子式为Fe0.1Ce0.9O1.95的铁掺杂的二氧化铈光催化剂催化罗丹明B进行光降解的效果如图18中的Fe-0.1所示，从图18中可以看出，在120min时降解率可以达到57%，经过300min，罗丹明的降解率达到89%。
实施例4
一种铁掺杂二氧化铈光催化剂，其分子式为FexCe1-xO2-0.5x，其中X为0.15。
上述的一种铁掺杂二氧化铈光催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）、在室温下，用去离子水配制浓度为0.1mol/L的硝酸铈水溶液、浓度为0.1mol/L的硝酸铁水溶液和浓度为0.5mol/L的碳酸钠水溶液；
（2）、将85ml浓度为0.1mol/L的硝酸铁水溶液、15ml浓度为0.1mol/L的硝酸铈水溶液超声混合，得到硝酸铁和硝酸铈混合水溶液，硝酸铁和硝酸铈混合水溶液中，按摩尔比计算，即Ce:Fe为0.85：0.15；
（3）、以2.5ml/min的速率将步骤（3）所得的硝酸铁和硝酸铈混合的水溶液滴加到60ml的温度为70℃、浓度为0.5mol/L的碳酸钠水溶液中，滴加过程中维持温度为70℃，搅拌转速为600rpm，滴加完后，继续控制温度为70℃，搅拌转速为600rpm进行反应30min，所得的反应液自然冷却至室温；
（4）、将步骤（3）冷却至室温的反应液控制转速为10000rpm进行离心分离10min，所得的沉淀用去离子水洗涤直至流出液的pH呈中性，然后再将所得的沉淀控制温度为70℃干燥12h，然后控制温度为500℃煅烧5h，即得分子式为Fe0.15Ce0.85O1.925的铁掺杂二氧化铈光催化剂。
上述所得的分子式为Fe0.15Ce0.85O1.925的铁掺杂的二氧化铈光催化剂的X射线衍射图如图6中的Fe0.15Ce0.85O1.925所示，与标准CeO2的XRD图谱对照表明，所得的分子式为Fe0.15Ce0.85O1.925的铁掺杂的二氧化铈光催化剂为立方相的CeO2，无任何杂质相存在，Fe元素已经掺杂到CeO2晶格中。经谢乐公式计算晶粒尺寸为20.4129 nm。
上述所得的分子式为Fe0.15Ce0.85O1.925的铁掺杂的二氧化铈光催化剂的间接禁带宽度算法图、直接禁带宽度算法图如图14、15中所示，从图14、图15分别可以得出其直接和间接禁带宽度值，间接禁带宽度为：1.8756eV，直接禁带宽度为：2.8988eV。
上述所得的分子式为Fe0.15Ce0.85O1.925的铁掺杂的二氧化铈光催化剂的紫外-可见光吸收图如图7中的Fe-0.15所示，由此表明了由于Fe的掺杂，CeO2的紫外可见吸收情况发生了改变，吸收阈值发生了红移—既向可见光移动，由此可以得出其禁带宽度发生了改变。
上述所得的分子式为Fe0.15Ce0.85O1.925的铁掺杂的二氧化铈光催化剂的SEM图如图4所示，从图4中可以看出所得的分子式为Fe0.15Ce0.85O1.925的铁掺杂的二氧化铈光催化剂的微观形状为片状，由此说明以碳酸钠为沉淀剂，当有铁掺杂时，不会改变二氧化铈原有的形貌。
上述所得的分子式为Fe0.15Ce0.85O1.925的铁掺杂的二氧化铈光催化剂催化罗丹明B进行光降解的效果如图18中的Fe-0.15所示，从图18中可以看出，在120min时降解率可以达到51%，经过300min，罗丹明的降解率达到88%。
实施例5
一种铁掺杂二氧化铈光催化剂，其分子式为FexCe1-xO2-n，其中X为0.2。
上述的一种铁掺杂二氧化铈光催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）、在室温下，用去离子水配制浓度为0.1mol/L的硝酸铈水溶液、浓度为0.1mol/L的硝酸铁水溶液和浓度为0.5mol/L的碳酸钠水溶液；
（2）、将80ml浓度为0.1mol/L的硝酸铁水溶液、20ml浓度为0.1mol/L的硝酸铈水溶液超声混合，得到硝酸铁和硝酸铈混合水溶液，硝酸铁和硝酸铈混合水溶液中，按摩尔比计算，即Ce：Fe为0.8：0.2；
（3）、以2.5ml/min的速率将步骤（3）所得的硝酸铁和硝酸铈混合水溶液滴加到60ml的温度为70℃、浓度为0.5mol/L的碳酸钠水溶液中，滴加过程中维持温度为70℃，搅拌转速为600rpm，滴加完后，继续控制温度为70℃，搅拌转速为600rpm进行反应30min，所得的反应液自然冷却至室温；
（4）、将步骤（3）冷却至室温的反应液控制转速为10000rpm进行离心分离10min，所得的沉淀用去离子水洗涤直至流出液的pH呈中性，然后再将所得的沉淀控制温度为70℃干燥12h，然后控制温度为500℃煅烧5h，即得分子式为Fe0.2Ce0.8O1.9的铁掺杂二氧化铈光催化剂。
上述所得的分子式为Fe0.2Ce0.8O1.9的铁掺杂的二氧化铈光催化剂的X射线衍射图如图6中的Fe0.2Ce0.8O1.9所示，与标准CeO2的XRD图谱对照表明，所得的分子式为Fe0.2Ce0.8O1.9的铁掺杂的二氧化铈光催化剂为立方相的CeO2，无任何杂质相存在，Fe元素已经掺杂到CeO2晶格中。经谢乐公式计算晶粒尺寸为22.6681 nm。
上述所得的分子式为Fe0.2Ce0.8O1.9的铁掺杂的二氧化铈光催化剂的紫外-可见光吸收图如图7中的Fe-0.2所示，由此表明了由于Fe的掺杂，CeO2的紫外可见吸收情况发生了改变，吸收阈值发生了红移—既向可见光移动，由此可以得出其禁带宽度发生了改变。
上述所得的分子式为Fe0.2Ce0.8O1.9的铁掺杂的二氧化铈光催化剂的间接禁带宽度算法图、直接禁带宽度算法图如图16、17中所示，从图16、图17分别可以得出其直接和间接禁带宽度值，间接禁带宽度为：1.8841eV，直接禁带宽度为：2.8988eV。
上述所得的分子式为Fe0.2Ce0.8O1.9的铁掺杂的二氧化铈光催化剂的SEM图如图5所示，从图5中可以看出所得的分子式为Fe0.2Ce0.8O1.9的铁掺杂的二氧化铈光催化剂的微观形状为片状，由此说明以碳酸钠为沉淀剂，当有铁掺杂时，不会改变二氧化铈原有的形貌。
上述所得的分子式为Fe0.2Ce0.8O1.9的铁掺杂的二氧化铈光催化剂催化罗丹明B进行光降解的效果如图18中的Fe-0.2所示，从图18中可以看出，在120min时降解率可以达到49%，经过300min，罗丹明的降解率达到84%。
综上所述，本发明的一种铁掺杂的二氧化铈光催化剂，由于有Fe的掺杂，CeO2的禁带宽度得到有效的改变，通过光降解实验也可以看到，掺杂Fe元素的材料降解效果要比纯CeO2好的多，当掺杂量为0.05时，降解效果最好。
以上所述仅是本发明的实施方式的举例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种铁掺杂二氧化铈光催化剂，其特征在于所述的铁掺杂二氧化铈光催化剂的分子式为FexCe1-xO2-0.5x，其中X为0.05-0.2。
2.如权利要求1所述的一种铁掺杂二氧化铈光催化剂，其特征在于所述铁掺杂二氧化铈光催化剂的分子式中X为0.05-0.1。
3.如权利要求1所述的一种铁掺杂二氧化铈光催化剂，其特征在于所述铁掺杂二氧化铈光催化剂的分子式中X为0.05-0.15。
4.如权利要求1所述的一种铁掺杂二氧化铈光催化剂，其特征在于所述铁掺杂二氧化铈光催化剂的分子式中X为0.1-0.15。
5.如权利要求1所述的一种铁掺杂二氧化铈光催化剂，其特征在于所述铁掺杂二氧化铈光催化剂的分子式中X为0.15-0.2。
6.如权利要求1所述的一种铁掺杂二氧化铈光催化剂，其特征在于所述铁掺杂二氧化铈光催化剂的分子式中X为0.05。
7.如权利要求1所述的一种铁掺杂二氧化铈光催化剂，其特征在于所述铁掺杂二氧化铈光催化剂的分子式中X为0.1。
8.如权利要求1所述的一种铁掺杂二氧化铈光催化剂，其特征在于所述铁掺杂二氧化铈光催化剂的分子式中X为0.15。
9.如权利要求1所述的一种铁掺杂二氧化铈光催化剂，其特征在于所述铁掺杂二氧化铈光催化剂的分子式中X为0.2。
10.如权利要求1所述的一种铁掺杂二氧化铈光催化剂的制备方法，其特征在于具体包括如下步骤：
（1）、在室温下，用去离子水配制浓度为0.1mol/L的硝酸铈水溶液、浓度为0.1mol/L的硝酸铁水溶液和浓度为0.5mol/L的碳酸钠水溶液；
（2）、将步骤（1）所得的浓度为0.1mol/L的硝酸铈水溶液和浓度为0.1mol/L的硝酸铁水溶液超声混合，得到硝酸铁和硝酸铈混合水溶液，所得的硝酸铁和硝酸铈混合水溶液中，按摩尔比计算，即Ce:Fe为0.8-0.95：0.05-0.2；
（3）、以2.5ml/min的速率将步骤（3）所得的硝酸铁和硝酸铈混合水溶液滴加到温度为70℃的浓度为0.5mol/L的碳酸钠水溶液中，滴加过程中控制温度为70℃，搅拌转速为600rpm，滴加完后，继续控制温度为70℃，搅拌转速为600rpm进行反应30min，所得的反应液自然冷却至室温；
硝酸铁和硝酸铈混合水溶液和碳酸钠水溶液的用量按摩尔比计算，即（Ce3++Fe3+）：碳酸钠为1：3；
（4）、将步骤（3）冷却至室温的反应液控制转速为8000-10000rpm进行离心分离5-15min，所得的沉淀用去离子水洗涤直至流出液的pH呈中性，然后再将所得的沉淀控制温度为70-80℃干燥10-20h，然后将所得的干燥产物控制温度为400-500℃煅烧4-5h，即得铁掺杂二氧化铈光催化剂。
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