南京工業大學韓萍芳RSC Adv.：靜電紡絲法制備Fe摻雜Nb2O5納米纖維及其在光催化中的應用

DOI: 10.1039/d0ra10042k

開發高效的可見光催化劑是實現光催化在工業中實際應用的當務之急。五氧化二鈮（Nb2O5）被認為是一種具有潛在吸引力的可見光催化降解有機污染物的候選材料。為了增強其光催化活性，采用靜電紡絲法成功制備了具有不同Fe含量的Fe摻雜Nb2O5納米纖維（Fe與Nb的摩爾比為0.005/1、0.01/1、0.03/1或0.05/1）。研究了所制備樣品的結構特征、形態和光學性質。通過在可見光下降解羅丹明B（RhB）評估了樣品的光催化活性。所有制備的鐵摻雜Nb2O5納米纖維對RhB溶液的降解活性均明顯高于原始Nb2O5納米纖維，在可見光下照射150min，納米纖維（Fe:Nb=0.03/1）的最大降解率為98.4％。光催化降解速率符合擬一級方程，與Fe摻雜Nb2O5納米纖維（Fe與Nb的摩爾比為0.03/1）或純Nb2O5納米纖維的反應速率常數分別為0.0282min-1和0.0019min-1。將Fe離子摻雜到納米纖維中可增強可見光范圍內的吸收，并減少光生電子-空穴對的復合，從而提高光催化活性。這些吸引人的特性表明，鐵摻雜Nb2O5納米纖維在未來解決污染問題方面具有巨大的應用潛力。

圖1.靜電紡絲裝置示意圖。

圖2.（a）純Nb2O5納米纖維和Fe摻雜Nb2O5納米纖維（0.005FeNb NFs，0.01FeNb NFs，0.03FeNb NFs和0.05FeNb NFs）的XRD圖譜以及Nb2O5的標準XRD圖譜（JCPDS 30-0873）。（b）純Nb2O5納米纖維和Fe摻雜Nb2O5納米纖維（0.005FeNb NFs，0.01FeNb NFs，0.03FeNb NFs和0.05FeNb NFs）的拉曼光譜。

圖3.（a和b）0.03FeNb NFs的SEM圖像。（c）0.03FeNb NFs的TEM圖像。（d-f）Nb、O和Fe的相應TEM映射分析。（g）（c）的相應EDX分析。（h）（c）的高倍TEM圖像。

圖4.（a）0.03FeNb NFs的XPS光譜概述及其（b）Fe 2p區域的XPS光譜。

圖5.純Nb2O5納米纖維和Fe摻雜Nb2O5納米纖維（0.005FeNb NFs，0.01FeNb NFs，0.02FeNb NFs，0.03FeNb NFs和0.05FeNb NFs）的紫外可見漫反射。

圖6.（a）在可見光下不同催化劑對RhB的光催化降解性能。（b）在0.03FeNb NFs存在下，RhB隨照射時間變化的吸收光譜。

圖7.（a）Fe摻雜Nb2O5納米纖維光催化劑的電荷分離和光催化活性的示意圖。（b）在0.03FeNb NFs存在下去除RhB的自由基清除試驗。（c）激發波長為325nm下純Nb2O5 NFs和0.03FeNb NFs的PL光譜。

圖8.0.03FeNb NFs光催化劑的可重復使用性。