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The role of isotropic and anisotropic Hubbard corrections for the magnetic ordering and absolute band alignment of hematite α-Fe2O3(0001)surfaces

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Progress in Natural Science:Materials International 2019年第3期29卷 349-355页

作者： Sateesh Bandaru Ivan Scivetti Chi-Yung Yam Gilberto Teobaldi School of Chemical and Bioprocess Engineering University College Dublin Beijing Computational Science Research Center Stephenson Institute for Renewable Energy Department of ChemistryThe University of Liverpool Scientific Computing Department Science and Technology Facilities CouncilDaresbury Laboratory

An isotropic (+U) and anisotropic [+(U-J)] corrected Density Functional Theory study for bulk hematite (α-Fe2O3) was carried out,and several competing terminations of its (0001) surface modeled via slabs of increasing thickness from twelve to thirty-six fe-layers.In spite of small quantitative differences,the use of either U or (U-J)corrections showed not to qualitatively affect the results of the simulations both for bulkα-Fe2O3and the lowestenergyα-Fe2O3(0001) surface studied,regardless of the thickness of the slab used.The energy favored antiferromagnetic ordering of bulkα-Fe2O3was preserved in the relaxed slabs,with the largest surface-induced effects limited to the outermost three fe-layers in the slabs.Mixed o-and fe-terminations were found to be energetically favored and insulating.Conversely,fully o-or fe-terminated surfaces were calculated to be energetically disfavored and metallic.Finally,the role of fe-or o-termination for the semiconducting or metallic nature as well as absolute band alignment ofα-Fe2O3(0001) surfaces was analyzed and discussed with respect to the challenges in enhancing the activity ofα-Fe2O3samples as photo-electrode for water splitting.

关键词： Hematite α-Fe2O3 Surfaces Photo-electrodes Density functional theory Electronic properties Magnetic properties

Bi_(25)feo_(40)/α-fe_2o_3复合纳米颗粒光催化剂的制备与性能

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高等学校化学学报 2018年第4期39卷 629-635页

作者：丛日敏于怀清罗运军李蛟王卫伟李秋红孙武珠司维蒙张华山东理工大学材料科学与工程学院淄博255049 北京理工大学材料科学与工程学院北京100081

采用溶剂热法,以聚酰胺-胺(PAMAM)树形分子为稳定剂,分别制备了Bi_(25)feo_(40)和Bi_(25)feo_(40)/α-fe_2o_3复合纳米颗粒,并利用X射线衍射仪(XRD)、高分辨透射电镜(HRTEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、紫外-可见吸收光谱仪(UV-Vis)、比... 详细信息

采用溶剂热法,以聚酰胺-胺(PAMAM)树形分子为稳定剂,分别制备了Bi_(25)feo_(40)和Bi_(25)feo_(40)/α-fe_2o_3复合纳米颗粒,并利用X射线衍射仪(XRD)、高分辨透射电镜(HRTEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、紫外-可见吸收光谱仪(UV-Vis)、比表面积和孔径分析仪(BET)和超导量子干涉磁强计等对其结构和性能进行了表征.结果表明,2种颗粒均为球形,尺寸均匀,粒径小于10 nm.当原料中Bi^(3+)/fe^(3+)摩尔比为25∶1时,产物为Bi_(25)feo_(40)纳米颗粒;Bi^(3+)/fe^(3+)摩尔比为1∶1时,产物为Bi_(25)feo_(40)/α-fe_2o_3复合纳米颗粒.与Bi_(25)feo_(40)纳米颗粒相比,Bi_(25)feo_(40)/α-fe_2o_3复合纳米颗粒的带隙变窄,对可见光吸收范围变宽,饱和磁化强度和光催化活性明显增强.这是由于复合颗粒中的α-fe_2o_3具有超顺磁性,且两相界面存在的异质结构有利于光生载流子的分离和迁移,提高催化活性.2种纳米颗粒均可磁性回收,重复使用3次后催化活性下降较小.

关键词： Bi25feo40 α-Fe2O3 复合纳米颗粒磁性光催化剂

Zno、Zno/ZnS和Zno/ZnS/α-fe_2o_3纳米复合材料的光致发光行为及可见光催化活性（英文）

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2018年第7期28卷 1387-1397页

作者： Gaurav HITKARI Sandhya SINGH Gajanan PANDEY Sophisticated Instrumentation Laboratory Department of Applied Chemistry School for Physical Science Babasaheb Bhimrao Ambedkar University

为了获得用于染料甲基橙(MEo)降解的高效、经济、易得的光催化剂,采用简单的化学合成法在水溶液介质中制备Zno、Zno/ZnS和Zno/ZnS/α-fe_2o_3纳米复合材料。利用X射线衍射(XRD)和BET技术测定合成材料的物相、结晶度、表面结构和表面行为... 详细信息

为了获得用于染料甲基橙(MEo)降解的高效、经济、易得的光催化剂,采用简单的化学合成法在水溶液介质中制备Zno、Zno/ZnS和Zno/ZnS/α-fe_2o_3纳米复合材料。利用X射线衍射(XRD)和BET技术测定合成材料的物相、结晶度、表面结构和表面行为。X射线衍射结果表明,Zno、Zno/ZnS和Zno/ZnS/α-Fe2O3纳米材料结晶良好。根据XRD谱中各峰的强度,确定纳米复合材料的组成。BET分析表明,所制备的材料具有介孔行为、Ⅳ型(吸附脱附)曲线和H4型迟滞现象。3种材料中,Zno/ZnS/α-fe_2o_3复合材料的比表面积最大。利用紫外-可见光谱分析,测定材料的带隙能,光致发光光谱(PL)则用来确定材料的发射行为和表面缺陷。在PL光谱中,Zno/ZnS的紫外峰强度比Zno的低,且Zno/ZnS/α-fe_2o_3的紫外峰强度更低。与Zno相比,Zno/ZnS的可见发射光谱强度增大,且Zno/ZnS/α-fe_2o_3的可见发射光谱强度比Zno/ZnS的更大。所合成的材料被用作染料甲基橙降解的光催化剂。光降解数据表明,3种染料甲基橙降解的光催化剂中Zno/ZnS/α-fe_2o_3是最佳的。紫外光发射峰强度的降低和可见光发射强度的增大导致电子和空穴复合减少,因而使得Zno/ZnS/α-fe_2o_3具有最高的光催化活性。

关键词：纳米复合材料 Zno ZnS α-Fe2O3 煅烧光学性质光催化活性

具有高效电荷分离的2D/2D α-Fe2O3/Bi2Wo6 S型异质结增强光-芬顿催化活性

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Chinese Journal of Catalysis 2021年第1期42卷 97-106页

作者：王文亮赵稳立张灏纯窦新城史海峰江南大学理学院江苏无锡214122 江南大学江苏省轻工光电工程技术研究中心江苏无锡214122

近年来,fenton反应由于其成本低,反应速度快,操作简单等优势受到了广泛的研究.传统的均相fenton反应可通过H2o2氧化fe2+产生具有强氧化性的羟基自由基,用于处理难降解的有机物.然而,fenton反应存在两个主要问题,首先,在fenton反应中需... 详细信息

近年来,fenton反应由于其成本低,反应速度快,操作简单等优势受到了广泛的研究.传统的均相fenton反应可通过H2o2氧化fe2+产生具有强氧化性的羟基自由基,用于处理难降解的有机物.然而,fenton反应存在两个主要问题,首先,在fenton反应中需要加入大量的酸来维持酸性环境,以保证反应的最佳活性.其次,fenton反应中铁离子不断流失并形成固体污泥,这严重影响了fenton反应产生•oH的效率.目前,将光催化反应与非均相芬顿反应相结合是改善这些问题的有效方案.非均相光芬顿反应不仅能提高有机物降解的活性,而且通过光催化剂导带上的电子有效减少fe^3+的浸出和铁氢氧化物沉淀的产生.最近,作为一种可见光fenton催化剂,α-Fe2O3可以在几乎中性的条件下发生光芬顿反应,这解决了在反应过程中需要随时调整PH值的问题.此外,光照条件下α-Fe2O3价带上的电子能跃迁至导带并将fe3+还原成fe^2+,从而减少铁离子的损耗.然而,由于光生载流子复合率较高等问题,单一α-Fe2O3光催化剂的催化活性仍不理想.构建具有2D/2D结构的S型异质结可以缩短电子在界面间的传输距离,增大材料的活性位点,将光生电子-空穴在空间上分离,从而有效增强光生载流子的分离效率.因此,构建2D/2Dα-Fe2O3/Bi2Wo6 S型异质结,并用于光芬顿反应有望进一步提高对有机污染物的降解效率.本文通过简易的水热法制备了具有2D/2D结构的α-Fe2O3/Bi2Wo6 S型异质结光芬顿催化剂,并通过XRD、BET、TEM、XPS和UV-Vis等手段对催化剂的晶体结构、元素状态、微观结构、光学性质和化学组分进行了表征.通过在可见光照射下降解甲基蓝(MB),考察了α-Fe2O3/Bi2Wo6的光芬顿催化活性.结果表明,由于光催化反应与fenton反应的协同作用,α-Fe2O3/Bi2Wo6表现出了明显增强的光-fenton催化活性,最佳比例的α-Fe2O3/Bi2Wo6的活性分别是单一α-Fe2O3和Bi2Wo6的11.06倍和3.29倍.本文将光催化反应与fenton反应相结合,一方面,光催化反应对fe^3+的还原有促进作用,提高了fe2+的浓度,从而提升羟基自由基的产量;另一方面,fenton反应对α-Fe2O3/Bi2Wo6中电子的利用阻止了光生载流子的复合,进一步提高了光催化降解效率.此外,由于二维纳米片之间具有更大的接触面积,2D/2D异质结可以缩短电荷传输时间和距离,促进了光生电子-空穴的分离.同时,具有较大比表面积的2D/2D材料可以在催化剂表面提供大量用于有机物氧化分解的活性位点.而S型异质结的构建不但促进了界面电荷的转移和分离,还能维持最佳的电荷氧化还原电位,这都提升了催化剂的光芬顿催化活性.总之,本文为合成可高效降解有机污染物的非均相光-芬顿催化剂提供了新的思路.

关键词： Bi2Wo6 α-Fe2O3 S型异质结光芬顿 2D光催化剂

Cu^2+诱导黄铁矿合成α-Fe2O3纳米多面体的生长机理

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东北大学学报（自然科学版） 2020年第3期41卷 408-412页

作者：周鹏飞张威赵思凯沈岩柏东北大学资源与土木工程学院辽宁沈阳110819

以黄铁矿为原料,通过焙烧、化学浸出、除杂得到fe^3+浸出液,随后采用水热合成法通过加入适量Cu^2+溶液成功诱导合成出α-Fe2O3纳米多面体,利用X射线衍射、扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱对所获产物的结构和形貌进行表征,并对其成核及... 详细信息

以黄铁矿为原料,通过焙烧、化学浸出、除杂得到fe^3+浸出液,随后采用水热合成法通过加入适量Cu^2+溶液成功诱导合成出α-Fe2O3纳米多面体,利用X射线衍射、扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱对所获产物的结构和形貌进行表征,并对其成核及晶体生长过程进行探讨.研究结果表明,Cu^2+诱导黄铁矿合成的α-Fe2O3纳米多面体具有六方相晶体结构,其粒径在500 nm左右.通过对不同水热时间所获产物的形貌进行观察并结合溶液化学计算分析,可以推断α-Fe2O3纳米多面体的形成是沉淀-溶解-再结晶的过程,Cu^2+的存在主要起到诱导fe2o3晶核在生长过程中趋向形成多面体结构的作用.

关键词： α-Fe2O3 纳米多面体水热法晶体生长溶液化学

纳米α-Fe2O3/(IPDI-HTPB)复合粒子的制备及其催化性能研究

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化学学报 2020年第4期78卷 337-343页

作者：武艳庞爱民胡磊何根升张莹莹张利雄李明海马振叶南京师范大学化学与材料科学学院南京210097 湖北航天化学技术研究所航天化学动力技术重点实验室襄阳441003 南京工业大学材料化学工程国家重点实验室南京210009

为改善纳米α-Fe2O3在复合推进剂中的分散性,提高其催化性能,选择推进剂的配方组分固化剂异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)为嫁接桥梁,将端羟基聚丁二烯(HTPB)接枝在纳米α-Fe2O3粒子的表面,制得纳米α-Fe2O3/(IPDI-HTPB)复合粒子.首先研究了I... 详细信息

为改善纳米α-Fe2O3在复合推进剂中的分散性,提高其催化性能,选择推进剂的配方组分固化剂异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)为嫁接桥梁,将端羟基聚丁二烯(HTPB)接枝在纳米α-Fe2O3粒子的表面,制得纳米α-Fe2O3/(IPDI-HTPB)复合粒子.首先研究了IPDI与HTPB反应动力学,优化制备条件;然后采用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和热重分析(TGA)等手段对复合粒子的结构进行表征,采用DTA对比了复合前后纳米α-Fe2O3粒子对高氯酸铵(AP)热分解的催化性能的影响.结果表明,依靠IPDI的偶联作用,可将HTPB接枝在纳米α-Fe2O3的表面,包覆层厚度约为5 nm,改性后的纳米α-Fe2O3/(IPDI-HTPB)复合粒子的分散性大幅提高,纳米α-Fe2O3/(IPDI-HTPB)复合粒子对AP的热分解的催化性能也明显优于纯纳米α-Fe2O3粒子.

关键词： α-Fe2O3 端羟基聚丁二烯(HTPB) 纳米复合粒子催化性能

酞菁铜对纳米α-Fe2O3光催化剂的表面改性

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哈尔滨工业大学学报 2020年第6期52卷 134-139页

作者：陈双影慕志远李志君曲阳井立强功能无机材料化学教育部重点实验室(黑龙江大学) 哈尔滨150080 黑龙江大学化学化工与材料学院哈尔滨150080

为推动纳米氧化铁基光催化材料在水体环境修复领域中的应用,针对氧化铁半导体导带底能级位置较正而导致的光生电子热力学还原能力不足及其表面催化活化o2位点少的科学问题,在控制合成小尺寸纳米氧化铁的基础上,通过复合改性实现对其光... 详细信息

为推动纳米氧化铁基光催化材料在水体环境修复领域中的应用,针对氧化铁半导体导带底能级位置较正而导致的光生电子热力学还原能力不足及其表面催化活化o2位点少的科学问题,在控制合成小尺寸纳米氧化铁的基础上,通过复合改性实现对其光生电子的有效调控是关键.首先利用尿素调制的相分离水解-溶剂热法制备了小尺寸纯相α-Fe2O3.在此基础上,通过简单的湿化学法实现了CuPc对α-Fe2O3纳米粒子的表面改性.结果表明:所获得的最佳样品(CuPc和α-Fe2O3的质量比为1%)的光催化降解2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)的活性达到了纯α-Fe2O3的2.5倍;利用紫外-可见漫反射光谱(DRS)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、激光拉曼光谱(Raman)等手段对其进行了结构表征,揭示了CuPc与α-Fe2O3之间通过氢键作用实现有效连接;基于羟基自由基荧光测试及电化学分析表明光催化活性提高的主要原因有:CuPc的引入有效改善了其光生电荷分离效率,并且进一步促进了o2的活化;CuPc对长波可见光的特征吸收进一步改善了其可见光利用范围.该策略也适用于其他过渡金属酞菁对α-Fe2O3的修饰,并且均改善了α-Fe2O3的光催化性能.

关键词： α-Fe2O3 CuPc修饰环境光催化光生电荷分离 2,4-DCP降解

Co和P掺杂对α-fe_2o_3光电化学催化分解水的影响

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北京航空航天大学学报 2018年第6期44卷 1141-1146页

作者：朱珊俞有幸郝维昌北京航空航天大学材料科学与工程学院北京100083 北京航空航天大学物理科学与核能工程学院北京100083

在众多光阳极材料中,纳米结构材料α-fe_2o_3由于其光吸收显著、化学稳定性好、储量丰富等优势,被认为是最有前途的材料之一。利用水热法制备了具有良好光解水性能的Co和P掺杂α-fe_2o_3纳米材料。经过掺杂后α-fe_2o_3纳米材料仍为纳... 详细信息

在众多光阳极材料中,纳米结构材料α-fe_2o_3由于其光吸收显著、化学稳定性好、储量丰富等优势,被认为是最有前途的材料之一。利用水热法制备了具有良好光解水性能的Co和P掺杂α-fe_2o_3纳米材料。经过掺杂后α-fe_2o_3纳米材料仍为纳米棒状形貌,纳米棒的粒径增加。实验发现,Co掺杂α-fe_2o_3制成的电极在标准光照射下的最大光生电流密度为0.453 m A/cm2,是未掺杂样品的20.6倍,P掺杂α-fe_2o_3制成的电极在标准光照射下的最大光生电流密度为0.276 m A/cm2,是未掺杂样品的12.5倍,具备了高效光解水性能。同时通过SEM、TEM、XRD、UV-Vis和Mott-Schottky测试等方法,结合形貌与结构表征,研究了α-fe_2o_3的光电化学分解水性能影响机理。

关键词：光电化学催化分解水 α-Fe2O3 Co掺杂 P掺杂纳米结构材料

硫酸亚铁的重结晶对其水热法制备α-fe_2o_3粒子的影响

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中南大学学报（自然科学版） 2016年第9期47卷 2951-2957页

作者：余旺郑雅杰中南大学冶金与环境学院湖南长沙410083

以钛白副产物硫酸亚铁为原料,采用重结晶法对其除杂后,得到精制硫酸亚铁与氨水反应制备fe（oH）3胶体为前驱体,经水热反应合成α-Fe2O3粒子。考察重结晶对硫酸亚铁的杂质去除及其水热法制备α-Fe2O3粒子的影响。采用电感耦合等离子体光... 详细信息

以钛白副产物硫酸亚铁为原料,采用重结晶法对其除杂后,得到精制硫酸亚铁与氨水反应制备fe（oH）3胶体为前驱体,经水热反应合成α-Fe2O3粒子。考察重结晶对硫酸亚铁的杂质去除及其水热法制备α-Fe2O3粒子的影响。采用电感耦合等离子体光谱仪分析硫酸亚铁和水热产物中的杂质元素含量,通过X线衍射仪、扫描电镜和激光粒度仪分析水热产物物相、形貌和粒径。研究结果表明：当结晶温度在0~30℃时,随着温度的升高,硫酸亚铁中杂质Ti,Zn和Al的去除率变化不大,杂质Mg和Mn的去除率略有增大,经过2次重结晶,Mg,Ti,Mn,Zn和Al的最大去除率分别可达到60.15%,94.87%,70.44%,50.90%和71.36%;随着结晶数的增加,所得水热法α-Fe2O3产品纯度更高、杂质含量更低,颗粒结晶更完整、粒径越小、粒径分布范围越窄,结晶数为0,1和2时所得球形α-Fe2O3粒子的纯度分别为96.32%,98.40%和98.80%,它们的中位粒径分别为0.66,0.62和0.58？m。

关键词：钛白硫酸亚铁重结晶水热法 α-Fe2O3