【摘要】本研究主要聚焦于a-Fe2O3/Ag/MnO2復(fù)合催化體系的制備及其光催化性能的深入探究。通過濕化學(xué)法制備出a-Fe2O3，利用浸漬法將Ag和MnO2成功地引入到a-Fe2O3表面，構(gòu)建出a-Fe2O3/Ag/MnO2復(fù)合催化體系。對(duì)其表面形貌、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)等各方面的詳細(xì)分析，確認(rèn)所制備的復(fù)合催化體系具有良好的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性。在模擬陽光照射下，于a-Fe2O3/Ag/MnO2復(fù)合催化體系展現(xiàn)出了卓越的光催化性能，可以有效地降解有機(jī)污染物，如甲基橙等。與單一的a-Fe2O3，Ag或MnO2相比，復(fù)合催化體系的光催化性能更為出色，得益于Ag和MnO2的引入，提高了a-Fe2O3的光生電子-空穴對(duì)的分離效率和光吸收能力，使得a-Fe2O3/ Ag/MnO2復(fù)合催化體系在紅外光區(qū)域具有更強(qiáng)的吸收能力。以上研究成果可為無機(jī)-無機(jī)復(fù)合光催化體系的制備和性能優(yōu)化提供有益的參考及應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】a-Fe2O3/Ag/MnO2復(fù)合催化體系|濕化學(xué)法|浸漬法|光催化性能|有機(jī)污染物降解

隨著工業(yè)化和城市化進(jìn)程的不斷加速，環(huán)境污染問題愈發(fā)凸顯，特別是水體中的有機(jī)污染物去除問題，已成為環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一。光催化技術(shù)以其環(huán)保和高效的特性，在處理有機(jī)污染物方面展現(xiàn)出了巨大的潛力，當(dāng)前常用的光催化材料，如TiO2和a-Fe2O3等，由于各自的性能限制，其光催化效率仍有待進(jìn)一步提升，其多種材料構(gòu)成的復(fù)合催化體系備受矚目。復(fù)合催化體系不僅綜合了單一催化劑的優(yōu)點(diǎn)，而且在提升光生成電子-空穴對(duì)的分離效率和光吸收能力方面獨(dú)具優(yōu)勢(shì)。聚焦于a-Fe2O3/Ag/MnO2復(fù)合催化體系的制備及其光催化性能的深入研究，旨在開發(fā)一種高效、穩(wěn)定且可循環(huán)使用的光催化體系，為有機(jī)污染物的光催化處理提供有力支持。

一、a-Fe2O3/Ag/MnO2復(fù)合催化體系的制備

在現(xiàn)代環(huán)境治理的舞臺(tái)上，光催化性能的納米材料已經(jīng)引起了人們的極大興趣[1]。其中，a-Fe2O3/Ag/MnO2復(fù)合催化體系便是此類材料中的佼佼者，因其出色的光催化性能，為有機(jī)污染物的處理提供了嶄新的解決方案。對(duì)于a-Fe2O3的制備，我們采用了濕化學(xué)法，主要包括共沉淀法和水熱法。在堿性環(huán)境中，F(xiàn)e3+離子經(jīng)過氧氣的氧化作用，轉(zhuǎn)化為a-Fe2O3粉末。這種濕化學(xué)法制備的a-Fe2O3，擁有高空隙率和大的比表面積，為后續(xù)的Ag和MnO2的負(fù)載提供了理想的條件[2]。對(duì)于Ag和MnO2的負(fù)載，我們則選擇了浸漬法。將a-Fe2O3粉末分散在含有AgNO3和Mn（NO3）2的溶液中，然后在一定的溫度和壓力下進(jìn)行水熱反應(yīng)。這種方法能確保Ag和MnO2在a-Fe2O3表面均勻分布。

二、a-Fe2O3/Ag/MnO2復(fù)合催化體系的表征分析

聚焦于a-Fe2O3/Ag/MnO2復(fù)合催化體系的表征分析，包括對(duì)其表面形貌與結(jié)構(gòu)的細(xì)致觀察，性質(zhì)的全面評(píng)估，以及穩(wěn)定性的深入評(píng)價(jià)[3]。

針對(duì)催化體系的表面形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的分析。通過采用掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）等先進(jìn)技術(shù)手段，我們對(duì)復(fù)合催化體系的微觀形貌進(jìn)行了深入觀察[4]。結(jié)果顯示，a-Fe2O3/Ag/MnO2展現(xiàn)出了均勻的表面分布以及規(guī)整的二維層狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)預(yù)示著其在光的吸收與轉(zhuǎn)化方面將具有優(yōu)越性能。此外，我們還利用X射線衍射（XRD）技術(shù)對(duì)催化體系的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了測(cè)定。結(jié)果表明，復(fù)合體系成功地融合了a-Fe2O3、Ag和MnO2各自的晶體形態(tài)，進(jìn)一步驗(yàn)證了復(fù)合催化體系的成功制備。其次，我們對(duì)催化體系的性質(zhì)進(jìn)行了全面的表征[5]。通過X射線光電子能譜（XPS）技術(shù)，我們對(duì)催化體系的表面元素及化學(xué)態(tài)進(jìn)行了定性和定量的研究。表征結(jié)果顯示，鐵、銀、錳和氧等元素均存在于催化體系中，這與我們預(yù)期的復(fù)合體系元素組成完全一致。同時(shí)，我們還利用漫反射紫外-可見吸收光譜（DRUV-Vis）技術(shù)，對(duì)催化體系的光吸收性質(zhì)和帶隙寬度進(jìn)行了測(cè)定。結(jié)果顯示，該催化體系對(duì)可見光具有良好的吸收能力，這為進(jìn)行高效的光催化反應(yīng)提供了有利條件。最后，我們對(duì)催化體系的穩(wěn)定性進(jìn)行了深入的評(píng)價(jià)和分析。通過重復(fù)反應(yīng)后，我們?cè)俅卫肧EM、TEM、XRD和XPS等表征手段，對(duì)催化體系的形貌、結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析。在連續(xù)使用過程中，a-Fe2O3/Ag/MnO2復(fù)合催化體系的形貌、結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)均保持穩(wěn)定，并未出現(xiàn)明顯的變化。這充分說明了該復(fù)合催化體系具有良好的穩(wěn)定性。

三、a-Fe2O3/Ag/MnO2復(fù)合催化體系的光催化性能研究

我們針對(duì)復(fù)合催化體系對(duì)有機(jī)污染物的光催化性能進(jìn)行了詳細(xì)探究[6]。以苯酚這一常見有機(jī)污染物為例，我們研究了在不同催化體系濃度、不同光源強(qiáng)度以及不同反應(yīng)時(shí)間條件下的降解效果。實(shí)驗(yàn)圖譜數(shù)據(jù)清晰地顯示，a-Fe2O3/Ag/MnO2復(fù)合催化體系能夠顯著提升光催化降解苯酚的速度。當(dāng)催化體系的濃度在一定范圍內(nèi)增加時(shí)，其降解效果也呈現(xiàn)出相應(yīng)的提升。這一結(jié)果充分證明了該催化體系在光催化處理有機(jī)污染物方面的優(yōu)異性能。其次，為了尋找提高光催化效率的有效途徑，我們重點(diǎn)關(guān)注了電子-空穴對(duì)的分離效率。通過采用時(shí)間分辨光致發(fā)光光譜以及光電化學(xué)測(cè)試等先進(jìn)技術(shù)，我們深入揭示了該復(fù)合催化體系中電子-空穴對(duì)的分離和轉(zhuǎn)移過程[7]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Ag和MnO2的引入不僅有效引入了新的能級(jí)，還顯著促進(jìn)了電子-空穴對(duì)的快速分離和遷移，從而進(jìn)一步提升了光催化效率。我們還對(duì)該復(fù)合催化體系的紅外光吸收能力進(jìn)行了深入研究。利用紅外光譜儀，我們觀察了在不同波長(zhǎng)的紅外光照射下，復(fù)合催化體系的吸收情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，a-Fe2O3/ Ag/MnO2復(fù)合催化體系對(duì)紅外光具有良好的吸收性能，這為其在光催化過程中發(fā)揮更好的效果提供了可能。

綜上所述，通過濕化學(xué)法和浸漬法制備的a-Fe2O3/Ag/ MnO2復(fù)合催化體系在光催化降解有機(jī)污染物方面表現(xiàn)出顯著的性能。該催化體系具有高效的電子-空穴對(duì)分離效率以及強(qiáng)大的紅外光吸收能力，使其在環(huán)保領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，對(duì)其穩(wěn)定性和重復(fù)使用性等方面的研究仍然是必不可少的。我們相信，這種新型復(fù)合催化體系將為環(huán)保和能源領(lǐng)域帶來突破性的進(jìn)展。

四、催化體系在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用前景和優(yōu)化建議

（一）a-Fe2O3/Ag/MnO2復(fù)合催化體系在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用前景

隨著全球環(huán)境問題的日益嚴(yán)峻，人類對(duì)環(huán)保技術(shù)的需求愈來愈大。制備的a-Fe2O3/Ag/MnO2復(fù)合催化體系，以其獨(dú)特的性能，尤其是在光催化性能方面的顯著表現(xiàn)，展示出廣闊的應(yīng)用前景。該復(fù)合催化體系具有良好的短波紅外光吸收能力，使其在利用太陽能方面具有巨大潛力，可以有效地將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。該復(fù)合催化體系可以有效地催化有機(jī)污染物的降解，對(duì)于環(huán)境污染治理以及有機(jī)廢水處理等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。另外，其獨(dú)特的復(fù)合結(jié)構(gòu)和優(yōu)越的穩(wěn)定性使其在光催化應(yīng)用過程中具有良好的耐用性，顯著提高了催化體系的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。

（二）對(duì)無機(jī)-無機(jī)復(fù)合光催化體系制備和性能優(yōu)化的建議

雖然a-Fe2O3/Ag/MnO2復(fù)合催化體系已經(jīng)表現(xiàn)出良好的光催化性能，但仍存在許多優(yōu)化的空間。采用濕化學(xué)法制備 a-Fe2O3和浸漬法加載Ag和MnO2的方法雖然簡(jiǎn)便、可行，但在實(shí)際操作過程中可能會(huì)面臨一些問題，如制備過程中的溫度、時(shí)間控制，Ag和MnO2加載的量等，都可能影響到最終復(fù)合催化體系的性能。對(duì)于此，研究人員可以進(jìn)行更多的參數(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，通過動(dòng)態(tài)研究找到最優(yōu)的制備條件?？梢試L試增加材料的多樣性，例如在復(fù)合催化體系中加入其他的功能性材料，如TiO2、ZnO等，將增強(qiáng)復(fù)合催化體系的光催化性能。

五、結(jié)語

本研究的核心目標(biāo)是研究a-Fe2O3/Ag/MnO2復(fù)合催化體系的制備技術(shù)，并深入探究其光催化性能。根據(jù)我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這種復(fù)合催化體系展現(xiàn)出了卓越的光催化性能以及穩(wěn)定性，對(duì)有機(jī)污染物的降解效果尤為顯著。特別是在光生電子-空穴對(duì)的分離效率和光吸收能力方面，Ag和MnO2的引入為我們開辟了新的研究方向。關(guān)于復(fù)合催化體系的穩(wěn)定性和復(fù)用性，我們也需要深入揭示其內(nèi)在機(jī)制，從而為進(jìn)一步改善催化性能提供理論支撐。本研究為無機(jī)-無機(jī)復(fù)合光催化體系的制備與性能優(yōu)化提供了寶貴的啟示。我們期待這種復(fù)合催化體系在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域能夠發(fā)揮更大的作用，為解決環(huán)境污染問題提供更為有效的技術(shù)手段。中國(guó)軍轉(zhuǎn)民

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【課題：2021年湖南省教育廳科學(xué)研究課題（全光譜響應(yīng)a-Fe2O3/Ag/MnO2復(fù)合催化體系制備及其光催化性能研究），課題號(hào)：21C1102；基金項(xiàng)目：2021度湖南省教育廳科學(xué)研究?jī)?yōu)秀青年項(xiàng)目（編號(hào)：21B0872）】

（作者簡(jiǎn)介：羅躍中，湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，本科/碩士，副教授，研究方向?yàn)槲⑸镔Y源開發(fā)與應(yīng)用；李忠英，湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，碩士，講師，研究方向?yàn)閼?yīng)用化學(xué)；曾志云，湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，碩士，講師，研究方向?yàn)樯锘ぃ?/p>