BaTiO3-TiO2異質(zhì)結(jié)納米管陣列的制備及其光電化學(xué)和光催化性能研究.pdf

1、在眾多的半導(dǎo)體催化劑中,通過陽極氧化法制備的二氧化鈦納米管高度規(guī)整有序,比表面積大,吸附能力強(qiáng),因此在很多領(lǐng)域備受關(guān)注。但是低的轉(zhuǎn)換效率限制了TiO2納米管陣列在實際中的應(yīng)用。對TiO2納米管陣列進(jìn)行修飾改性可以提高其對光的利用效率。把二氧化鈦納米管和能帶相匹配的其它半導(dǎo)體進(jìn)行耦合將有利于光生電子-空穴的分離,以期達(dá)到提高對入射太陽光的利用效率。我們知道鐵電材料的內(nèi)部偶極場能促使光生電子-空穴的分離,這引起人們對鐵電材料光學(xué)性質(zhì)的關(guān)注和

2、研究。BaTiO3就是一種典型的鐵電材料,而且其能帶結(jié)構(gòu)與TiO2能帶相匹配,可以促進(jìn)光生電子的分離。如果把鐵電材料局域電子分離的能力和TiO2的光催化特性結(jié)合在一起,將有助于提高光催化效率。本文以二氧化鈦納米管陣列為模板和反應(yīng)物,通過水熱法制備得到BaTiO3/TiO2異質(zhì)結(jié)納米管陣列以及利用不同方法對BaTiO3/TiO2進(jìn)行了Ag和其它助催化劑的擔(dān)載來提高光催化和光電化學(xué)轉(zhuǎn)化效率。具體研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　(1)以TiO

3、2納米管陣列作為模板和反應(yīng)物,采用水熱法制備BaTiO3/TiO2異質(zhì)結(jié)。通過調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度、時間、前驅(qū)體的濃度制備了四個樣品,以MB為模型污染物,評價樣品的光催化活性。通過I-V和EIS曲線來考察光電化學(xué)性質(zhì)。結(jié)果表明,當(dāng)Ba(NO3)2濃度為0.015mol/L,在120℃反應(yīng)0.5h時制備得到的樣品光催化活性以及光電化學(xué)性質(zhì)最好。樣品的形貌以及異質(zhì)結(jié)中鈦酸鋇的含量對異質(zhì)結(jié)的光催化活性以及光電化學(xué)性能影響很大。交流阻抗的測試結(jié)果表明B

4、aTiO3與TiO2間形成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)能有效的促進(jìn)電子-空穴對的分離。
　　(2)采用化學(xué)還原和光還原法把Ag擔(dān)載到BaTiO3/TiO2異質(zhì)結(jié)上面,以MB為模型污染物考察樣品的光催化活性,并用EIS曲線來評價它的光電化學(xué)性質(zhì)。結(jié)果表明,Ag的修飾在很大程度上可以提高BaTiO3/TiO2異質(zhì)結(jié)的光催化活性和光電化學(xué)性質(zhì);光還原法制備的Ag/BaTiO3/TiO2上Ag顆粒尺寸較大,分散不均勻,甚至破壞了納米管的規(guī)整有序結(jié)構(gòu)。而化學(xué)

5、方法制備的Ag/BaTiO3/TiO2上Ag納米顆粒大小均勻,尺寸僅有8-10nm,高度分散,以致具有更高的光催化活性。
　　(3)采用化學(xué)還原法制備了不同金屬(Pt,Ni,Cu, Pd)修飾的BaTiO3/TiO2,在紫外光的照射下,通過I-T曲線評價了它的瞬態(tài)光電流性質(zhì)及其穩(wěn)定性;通過 MB的降解考察了催化劑的光催化性能。結(jié)果表明,金屬修飾過后的樣品具有更高的光催化活性及光電化學(xué)性能。它們的光電流大小和MB光降解活性順序是一致