铁掺杂氧化锌纳米颗粒的定制及其对亚甲基蓝的高效光催化降解研究

《Polyhedron》：Tailoring iron-doped ZnO nanoparticles for photocatalytic degradation of methylene blue

本文推荐铁掺杂氧化锌（Zn1–xFexO）纳米颗粒的水热合成策略，通过X射线衍射（XRD）、紫外-可见光谱（UV-Vis）等表征手段证实铁掺杂可调控晶粒尺寸、降低带隙能量（Eg），并提升光生载流子分离效率。其在180分钟内实现82%的亚甲基蓝（MB）降解率，凸显其在废水修复中的应用潜力。

　　

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Materials

实验使用硝酸铁[Fe(NO₃)₃·9H₂O]、硝酸锌[Zn(NO₃)₂·6H₂O]和尿素[CO(NH₂)₂]作为原料，所有化学品购自Sigma Aldrich，无需进一步纯化即可使用。

Synthesis of nanoparticles

通过水热法成功制备了不同铁掺杂浓度（x = 0.0、0.05、0.07、0.10）的Zn_1-xFe_xO纳米粉末。实验以硝酸锌、硝酸铁和尿素为前驱体，通过精确调控反应条件，实现了铁离子在氧化锌晶格中的高效掺杂。

Results and discussion

图2a展示了所有样品的X射线衍射（XRD）图谱。衍射峰位于2θ角31.90°、34.6°、36.46°等位置，对应六方纤锌矿结构的（100）、（002）、（101）等晶面，与标准卡片（JCPDS 00-036-145）高度吻合，证实了纯净的氧化锌晶体结构。随着铁掺杂浓度的增加，晶体尺寸呈现减小趋势，表明铁离子成功嵌入晶格并引起晶格畸变。

Conclusions

通过水热法合成的铁掺杂氧化锌纳米颗粒具有六方晶体结构，其光学性能研究表明，铁掺杂有效调控了材料的带隙能量与缺陷态分布，为开发高效光催化剂提供了理论依据。