2024年6月5日发(作者：郝修)
Ti 2p轨道和O 1s轨道的XPS谱图用于表征TiO
2
主体及掺杂的Fe原子与主
体TiO
2
间的化学相互作用，具体数据见表2-5。其中，由Ti 2p轨道（图3-9B）
的XPS谱图可以看到，{001}-0.1%Fe-AHSs和{001}-AHSs于结合能458.9 eV和
464.6 eV处出现了Ti 2p
3/2
和Ti 2p
1/2
轨道的特征峰，证明Ti
4+
存在。O 1s轨道（图
2-10C）的XPS谱图在结合能529.5 eV处出现了带有一个肩峰的强峰，归属于
O-Ti晶格O
2-
和羟基氧
[94]
。然而，纯{001}-AHSs和{001}-0.1%Fe-AHSs的XPS
谱图相比，{001}-0.2%Fe-AHSs的Ti 2p和O 1s轨道分别向低结合能偏移了0.27
eV和0.11 eV，这种偏移归因于表面富集Fe元素对相邻Ti，O原子周围的电荷
密度的影响
[94]
。
表2-5 {001}-0.1%Fe-AHSs, {001}-0.2%Fe-AHSs和{001}-AHSs催化剂的XPS数据
Table 2-5 XPS Data of {001}-0.1%Fe-AHSs, {001}-0.2%Fe-AHSs and {001}-AHSs
催化剂
{001}-0.1%Fe-AHSs
{001}-0.2%Fe-AHSs
{001}-AHSs
Ti 2p / eV
2p
1/2
464.64
464.37
464.64
2p
3/2
458.90
458.63
458.90
O 1s / eV
Ti-O
529.50
529.39
529.53
通过计算TiO
2
（200）晶面得到的D
200
近似为晶体的粒径大小。由表2-2可
以看到，相比于未掺杂Fe元素的催化剂{001}-AHSs的粒径尺寸D
200
为16.5 nm，
经过微量Fe元素的掺杂后，催化剂{001}-0.1%Fe-AHSs和{001}-0.2%Fe-AHSs
的D
200
均明显减小，分别为10.9 nm和13.9 nm。D
200
减小的现象说明此时样品
的锐钛矿结构的晶格遭到了一定破坏，由于Fe
3+
离子的离子半径（0.64 Å）与Ti
4+
离子的离子半径（0.68 Å）相近，因此Fe
3+
离子可以在反应过程中进入TiO
2
晶格
部分取代Ti
4+
离子的位置，从而抑制晶体的生长
[
87
]
。其中，催化剂
{001}-0.1%Fe-AHSs的粒径D
200
最小，为10.9 nm，这暗示了在催化剂
{001}-0.1%Fe-AHSs生长成核过程中，有更多的Fe
3+
离子进入到TiO
2
晶格中，
使TiO
2
晶体生长的抑制作用增强。
图2-3 {001}-0.1%Fe-AHSs (a’), {001}-0.2%Fe-AHSs (b’)和{001}-AHSs (c’)催化剂及其前体
(a’, b’和c’) 的FT-IR谱图
Fig. 2-3 FT-IR Patterns of {001}-0.1%Fe-AHSs (a), {001}-0.2%Fe-AHSs (b), {001}-AHSs (c)
and Their Precursors (a’, b’和c’)
图2-3为Fe掺杂锐钛矿型{001}-TiO
2
纳米片多级球催化剂及其前体的FT-IR
谱图。从图2-3中可以看出，催化剂{001}-0.1%Fe-AHSs (a), {001}-0.2%Fe-AHSs
(b)和{001}-AHSs (c)均在波数为3406 cm
-
处、1638 cm
-
处、1406 cm
-
处和585 cm
-
处附近出现了明显的红外特征吸收峰。其中，波数为3406 cm
-
处出现的宽且大的
吸收峰和1638 cm
-
处出现的小尖峰分别对应于催化剂表面吸附的水或表面羟基
（-OH）的伸缩振动吸收峰和弯曲振动吸收峰，说明此时催化剂表面有大量羟基
的存在，表面羟基对电荷转移有促进作用，有利于光催化反应过程。在1406 cm
-1
附近出现的微弱的吸收峰为表面吸附的CO
2
。波数为585 cm
-
附近出现的强且大
的红外特征吸收峰归属于锐钛矿型TiO
2
的Ti-O伸缩振动吸收峰
[88]
，与XRD结
果一致，证明了微量Fe元素掺杂之后并没有改变催化剂样品的锐钛矿晶型。与
这3种催化剂的FT-IR谱图相比，其催化剂前体的FT-IR谱图除了上述吸收峰外，
可以看到在波数为1400cm
-1
到1000 cm
-1
之间呈现出一系列小的吸收峰，这归属
于C-H、C=C等有机基团的特征吸收峰，这些小的吸收峰在经过热处理后均消
失，说明反应原料中的有机物通过热处理已几乎全部烧掉。另外，FT-IR谱图中
并未看到明显的Fe-O特征吸收峰出现，这可能是Fe元素掺杂量过低未被检测到
或者是低于1000cm
-
处的Fe-O特征吸收峰与Ti-O的特征吸收峰重叠未能识别所
致。
2024年6月5日发(作者：郝修)
Ti 2p轨道和O 1s轨道的XPS谱图用于表征TiO
2
主体及掺杂的Fe原子与主
体TiO
2
间的化学相互作用，具体数据见表2-5。其中，由Ti 2p轨道（图3-9B）
的XPS谱图可以看到，{001}-0.1%Fe-AHSs和{001}-AHSs于结合能458.9 eV和
464.6 eV处出现了Ti 2p
3/2
和Ti 2p
1/2
轨道的特征峰，证明Ti
4+
存在。O 1s轨道（图
2-10C）的XPS谱图在结合能529.5 eV处出现了带有一个肩峰的强峰，归属于
O-Ti晶格O
2-
和羟基氧
[94]
。然而，纯{001}-AHSs和{001}-0.1%Fe-AHSs的XPS
谱图相比，{001}-0.2%Fe-AHSs的Ti 2p和O 1s轨道分别向低结合能偏移了0.27
eV和0.11 eV，这种偏移归因于表面富集Fe元素对相邻Ti，O原子周围的电荷
密度的影响
[94]
。
表2-5 {001}-0.1%Fe-AHSs, {001}-0.2%Fe-AHSs和{001}-AHSs催化剂的XPS数据
Table 2-5 XPS Data of {001}-0.1%Fe-AHSs, {001}-0.2%Fe-AHSs and {001}-AHSs
催化剂
{001}-0.1%Fe-AHSs
{001}-0.2%Fe-AHSs
{001}-AHSs
Ti 2p / eV
2p
1/2
464.64
464.37
464.64
2p
3/2
458.90
458.63
458.90
O 1s / eV
Ti-O
529.50
529.39
529.53
通过计算TiO
2
（200）晶面得到的D
200
近似为晶体的粒径大小。由表2-2可
以看到，相比于未掺杂Fe元素的催化剂{001}-AHSs的粒径尺寸D
200
为16.5 nm，
经过微量Fe元素的掺杂后，催化剂{001}-0.1%Fe-AHSs和{001}-0.2%Fe-AHSs
的D
200
均明显减小，分别为10.9 nm和13.9 nm。D
200
减小的现象说明此时样品
的锐钛矿结构的晶格遭到了一定破坏，由于Fe
3+
离子的离子半径（0.64 Å）与Ti
4+
离子的离子半径（0.68 Å）相近，因此Fe
3+
离子可以在反应过程中进入TiO
2
晶格
部分取代Ti
4+
离子的位置，从而抑制晶体的生长
[
87
]
。其中，催化剂
{001}-0.1%Fe-AHSs的粒径D
200
最小，为10.9 nm，这暗示了在催化剂
{001}-0.1%Fe-AHSs生长成核过程中，有更多的Fe
3+
离子进入到TiO
2
晶格中，
使TiO
2
晶体生长的抑制作用增强。
图2-3 {001}-0.1%Fe-AHSs (a’), {001}-0.2%Fe-AHSs (b’)和{001}-AHSs (c’)催化剂及其前体
(a’, b’和c’) 的FT-IR谱图
Fig. 2-3 FT-IR Patterns of {001}-0.1%Fe-AHSs (a), {001}-0.2%Fe-AHSs (b), {001}-AHSs (c)
and Their Precursors (a’, b’和c’)
图2-3为Fe掺杂锐钛矿型{001}-TiO
2
纳米片多级球催化剂及其前体的FT-IR
谱图。从图2-3中可以看出，催化剂{001}-0.1%Fe-AHSs (a), {001}-0.2%Fe-AHSs
(b)和{001}-AHSs (c)均在波数为3406 cm
-
处、1638 cm
-
处、1406 cm
-
处和585 cm
-
处附近出现了明显的红外特征吸收峰。其中，波数为3406 cm
-
处出现的宽且大的
吸收峰和1638 cm
-
处出现的小尖峰分别对应于催化剂表面吸附的水或表面羟基
（-OH）的伸缩振动吸收峰和弯曲振动吸收峰，说明此时催化剂表面有大量羟基
的存在，表面羟基对电荷转移有促进作用，有利于光催化反应过程。在1406 cm
-1
附近出现的微弱的吸收峰为表面吸附的CO
2
。波数为585 cm
-
附近出现的强且大
的红外特征吸收峰归属于锐钛矿型TiO
2
的Ti-O伸缩振动吸收峰
[88]
，与XRD结
果一致，证明了微量Fe元素掺杂之后并没有改变催化剂样品的锐钛矿晶型。与
这3种催化剂的FT-IR谱图相比，其催化剂前体的FT-IR谱图除了上述吸收峰外，
可以看到在波数为1400cm
-1
到1000 cm
-1
之间呈现出一系列小的吸收峰，这归属
于C-H、C=C等有机基团的特征吸收峰，这些小的吸收峰在经过热处理后均消
失，说明反应原料中的有机物通过热处理已几乎全部烧掉。另外，FT-IR谱图中
并未看到明显的Fe-O特征吸收峰出现，这可能是Fe元素掺杂量过低未被检测到
或者是低于1000cm
-
处的Fe-O特征吸收峰与Ti-O的特征吸收峰重叠未能识别所
致。