铁掺杂钛酸钡的结构调控、铁磁性能增强及可见光催化机理研究

本研究针对铁(Fe)掺杂对钛酸钡(BaTiO3)材料性能调控的关键科学问题，通过熔盐法合成BaTi0.92Fe0.08O3粉体，系统分析了其立方晶相结构、可见光吸收特性及铁磁行为。结果表明：8% Fe掺杂使带隙能从3.25 eV降至2.85 eV，180分钟内对罗丹明B降解率达67%，并呈现0.2351 emu/g的磁化强度，为多铁性材料设计与环境修复提供新思路。

　　

在环境治理和新型功能材料研发的双重需求驱动下，铁电材料与光催化技术的交叉研究正成为材料科学的前沿热点。钛酸钡(BaTiO₃)作为典型的钙钛矿(perovskite)结构铁电体，其独特的自发极化特性与可调电子结构使其在传感器、储能器件等领域大放异彩。然而，纯BaTiO₃的宽禁带(3.2 eV)严重制约着其对可见光的利用效率，且本征非磁性限制了其在自旋电子学中的应用。如何通过元素掺杂协同调控其光电与磁学性能，成为突破材料应用瓶颈的关键科学问题。

来自阿尔及利亚比斯克拉大学Laboratoire de Chimie Appliquée的研究团队在《Inorganic Chemistry Communications》发表创新性成果，采用熔盐法(molten salt method)成功制备8%铁掺杂的BaTi_0.92Fe_0.08O₃粉体。通过X射线衍射(XRD)、振动样品磁强计(VSM)等表征手段，系统揭示了Fe³⁺取代Ti⁴⁺位点引发的晶格畸变与性能演变规律。研究发现该材料不仅带隙显著收窄至2.85 eV，更展现出0.2351 emu/g的室温铁磁性和67%的有机污染物降解效率，实现了"一材多能"的性能突破。

关键技术方法
研究采用NaCl/KCl混合熔盐体系在900°C下合成BaTi_0.92Fe_0.08O₃粉体，通过XRD确定立方相结构(Pm-3m空间群)，紫外-可见漫反射测算带隙，VSM测试磁滞回线，并以罗丹明B为模型污染物评估光催化活性。

研究结果

1. XRD分析：衍射峰与立方相BaTiO₃(ICSD 98-005-9655)完全匹配，(111)、(002)等晶面衍射证实Fe³⁺成功掺入晶格而未产生杂相。
2. 光学性能：Fe 3d电子与O 2p轨道的杂化使带隙从3.25 eV降至2.85 eV，可见光吸收边红移约40 nm。
3. 光催化测试：180分钟太阳光照射下，对10 mg/L罗丹明B溶液的降解率达67%，归因于Fe掺杂引入的氧空位促进载流子分离。
4. 磁性分析：室温下测得明显磁滞回线，饱和磁化强度0.2351 emu/g，矫顽力235.5 Oe，证实Fe-Fe超交换作用诱导铁磁序。

结论与意义
该工作通过精准控制Fe掺杂浓度与熔盐合成条件，首次报道了具有立方相结构的BaTi_0.92Fe_0.08O₃材料。其特色在于：① 带隙调控与铁磁性激活的协同实现，为设计可见光响应的多铁性材料提供范例；② 熔盐法相较于传统固相法能获得更均匀的掺杂分布与独特十二面体形貌；③ 67%的光降解效率表明其在污水处理领域的应用潜力。Chaima Benbrika等研究者通过系统的构效关系分析，证实8% Fe掺杂是平衡材料光催化活性与铁磁性能的最佳阈值，这项成果为开发新型环境友好型智能材料开辟了新路径。