新疆理化所层状钛酸盐光催化材料可控制备研究获进展

2014-3-26 14:16 来源: 新疆理化技术研究所
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  光催化技术可以利用光照激发半导体产生的导带电子和价带空穴与表面微环境作用生成的O2·-(超氧自由基)、·OH(羟基自由基)等自由基,直接或间接地进行氧化还原降解有机污染物或分解水获取氢气。因此,光催化技术在能源和环境治理方面受到人们的广泛关注。目前,光催化发展的关键仍在于研发高效、可见光响应和稳定的光催化材料。钛酸盐作为一种层状钙钛矿结构半导体,近年来作为高效的可见光响应催化剂得到广泛研究

  中国科学院新疆理化技术研究所环境科学与技术研究室科研人员采用熔盐法合成制备出层状钛酸盐。在较低温度和较短时间条件下,制备出形状规则的薄片结构钛酸盐,相比于其他方法,熔盐法具有制备条件简单、成本较低等优点。进一步研究发现,通过简单控制熔盐原料的相对摩尔比就能够可控制备出边长和厚度可调节的钛酸盐材料,即通过熔盐法实现了钛酸盐的大小和厚度可控制备。

  科研人员利用可控制备的钛酸盐样品对罗丹明B偶氮染料(Rhodamine B,RhB)进行可见光催化降解实验发现,熔盐法制备出的钛酸盐材料对于可见光响应效率较高。进一步分析表明,材料的大小和厚度对于光催化降解RhB有很明显的差异。通过EIS(Electrochemical Impedance Spectroscopy)和KPFM(Kelvin Probe Force Microscopy)实验分析证实,由于所制备出的钛酸盐材料在沿其c轴方向有4 μC cm−2的自发极化,在其c轴方向会产生内部电场,故而在可见光照射下,材料所激发出的光生空穴和电子在内部电场的导向下会各自有效分离,从而提高材料的光生空穴和电子的分离效率,进而提高其光催化性能。该研究为钛酸盐的可控制备及高效光催化材料的筛选提供了新的方法和借鉴,并且为研究层状钙钛矿材料的自发极化在光催化性能方面的作用奠定了基础。

  该研究得到了国家自然科学基金、中科院“百人计划”、新疆维吾尔自治区青年科技创新人才培养工程、自治区国际合作等项目的资助。