BaTiO3⁃TiO2复合体的软化学制备及其性能研究

doi:10.3969/j.issn.1006-396X.2022.04.007

摘要/Abstract

摘要：

以八水合氢氧化钡(Ba(OH)₂·8H₂O)、二氧化钛(TiO₂)为原料，采用软化学水热的制备方法，在120 ℃的温度下，通过调控不同n（Ba）/n（Ti）合成了BaTiO₃?TiO₂复合体。通过X射线衍射（XRD)、扫描电镜（SEM）、紫外?可见吸收光谱（UV?Vis）等测试手段，研究了不同n（Ba）/n（Ti）条件下所得到的复合体的结构，并考察了复合体对模拟降解污染物——罗丹明B（RhB)的降解效果。结果表明，当n（Ba）/n（Ti）=0.50时，BaTiO₃?TiO₂复合体对罗丹明B的降解率最大，催化效果最好；同时，n（Ba）/n（Ti）=0.50时，所形成BaTiO₃?TiO₂复合体的活性位点最多，有助于光催化反应的进行。

关键词: BaTiO₃?TiO₂, 软化学, 光催化, 异质结构

Abstract:

The BaTiO₃?TiO₂ composites were prepared by using hydrate barium hydroxide (Ba(OH)₂·8H₂O) and titanium dioxide (TiO₂) as raw materials with soft chemical hydrothermal method at 120 ℃ and different Ba/Ti molar ratios.The structure of the prepared composites with different Ba/Ti molar ratios was analyzed by X?ray diffraction (XRD),scanning electron microscopy (SEM),and UV?visible absorption spectroscopy (UV?Vis),the degradation effect of the complex on the simulated degradation pollutant,rhodamine B (RhB) was investigated.The results indicate that the BaTiO₃?TiO₂ composites obtained at a Ba/Ti molar ratio of 0.50 have an excellent catalytic effect for the degradation of rhodamine B (RhB) during the simulation of dye wastewater degradation.Meanwhile,more active sites formed at the Ba/Ti molar ratio of 0.50, which facilitated the photocatalytic reaction.

Key words: BaTiO₃?TiO₂, Soft chemical, Photocatalyst, Heterostructure

中图分类号:

TQ134.1

张若男, 何仕婕, 王晓蓉, 王芳芳, 陈常东. BaTiO₃⁃TiO₂复合体的软化学制备及其性能研究[J]. 石油化工高等学校学报, 2022, 35(4): 46-51.

Ruonan Zhang, Shijie He, Xiaorong Wang, Fangfang Wang, Changdong Chen. Study on Soft Chemistry Preparation and Performance of BaTiO₃⁃TiO₂ Composites[J]. Journal of Petrochemical Universities, 2022, 35(4): 46-51.

图/表 7

图1 120 ℃时n（Ba）/n（Ti）=0.25、0.50、0.75、1.00下制备样品的XRD谱图

Fig.1 XRD spectra of samples prepared under n(Ba)/n(Ti)=0.25,0.50,0.75,1.00 conditions at 120 °C

图2 120 ℃时n（Ba）/n（Ti）=0.25、0.50、0.75、1.00下制备样品的SEM

Fig.2 SEM plot of samples prepared under n（Ba）/ n（Ti）=0.25，0.50，0.75，1.00 conditions at 120 °C

图3 120 ℃、n（Ba）/n（Ti）=0.25、0.50、0.75、1.00下制备样品的粒径分析结果

Fig.3 Particle size analysis plot at 120 °C,n（Ba）/n（Ti）=0.25，0.50，0.75，1.00

图4 n（Ba）/n（Ti）=0.25、0.50、0.75、1.00条件下制备样品对罗丹明B降解性能的影响

Fig.4 Effect of sample preparation under n（Ba）/n（Ti）=0.25，0.50，0.75，1.00 conditions on the degradation performance of rhodamine B

图5 TiO2、BaTiO3和n(Ba)/n(Ti)=0.50的复合体的UV?Vis漫反射吸收光谱图及Tauc图（a）漫反射吸收光谱（b） Tauc图

Fig.5 UV?Vis diffuse reflection absorption spectrum at TiO2,BaTiO3 and Ba / Ti molar ratios is 0.50 and Tauc diagram

图6 不同捕获剂对n（Ba）/n（Ti）=0.50复合体的光催化性能的影响（a） C/C0 （b）降解率

Fig.6 Effects of different trapping agents on the photocatalyst properties of n（Ba）/n（Ti）=0.50

图7 光生电子在BaTiO3?TiO2复合体内迁移路径示意图

Fig.7 Schematic diagram of the migration path of photogenerated electrons in the BaTiO3?TiO2 complex

参考文献 20

1	Rondinelli J M， May S J，Freeland J W，et al.Control of octahedral connectivity in perovskite oxide heterostructures： An emerging route to multifunctional materials discovery［J］.MRS Bulletin， 2012， 37（3）： 261⁃70.
2	Yang X， Li C， Wang J， et al. Graphene dispersed Bi₂WO₆ nanosheets with promoted interfacial charge separation for visible light photocatalysis［J］. Chem.Cat.Chem.， 2019， 11（22）： 5487⁃5494.
3	Biswas A， Saha S， Pal S， et al. TiO₂⁃templated BaTiO₃ nanorod as a piezocatalyst for generating wireless cellular stress ［J］. ACS Appl. Mater. Interfaces， 2020， 12（43）： 48363⁃48370.
4	Chen C F， King G， Dickerson R M， et al. Oxygen⁃deficient BaTiO₃⁃perovskite as an efficient bifunctional oxygen electrocatalyst［J］.Nano Energy， 2015， 13： 423⁃432.
5	Yang K， Li X， Yu C， et al. Review on heterophase/homophase junctions for efficient photocatalysis： The case of phase transition construction［J］. Chinese Journal of Catalysis， 2019， 40（6）： 796⁃818.
6	Fu J， Hou Y， Zheng M， et al. Topochemical conversion of （111） BaTiO₃ piezoelectric microplatelets using Ba₆Ti₁₇O₄₀ as the precursor ［J］. Crystal Growth & Design， 2018， 19（2）： 1198⁃1205.
7	Lee H， Kim T， Patzner J J， et al. Imprint control of BaTiO₃ thin films via chemically induced surface polarization pinning ［J］. Nano Lett， 2016， 16（4）： 2400⁃2406.
8	Zhang J， Wu W， Yan S， et al. Enhanced photocatalytic activity for the degradation of rhodamine B by TiO₂modified with Gd₂O₃ calcined at high temperature［J］. Applied Surface Science， 2015， 344： 249⁃256.
9	Feng Q， Hirasawa M， Yanagisawa K. Synthesis of crystal⁃axis⁃oriented BaTiO₃ and anatase platelike particles by a hydrothermal soft chemical process［J］. Chemistry of Materials， 2001， 13（2）： 290⁃296.
10	Biswas A， Saha S， Pal S， et al. TiO₂⁃templated BaTiO₃ nanorod as a piezocatalyst for generating wireless cellular stress［J］. ACS Applied Materials & Interfaces， 2020， 12（43）： 48363⁃48370.
11	Wei H， McMaster W A， Tan J Z Y， et al. Mesoporous TiO₂/g⁃C₃N₄ microspheres with enhanced visible⁃light photocatalytic activity［J］. The Journal of Physical Chemistry C， 2017， 121（40）： 22114⁃22122.
12	Zhou Y， Shin D， Ngaboyamahina E， et al. Efficient and stable Pt/TiO₂/CdS/Cu₂BaSn （S， Se）₄ photocathode for water electrolysis applications［J］. ACS Energy Letters， 2017， 3（1）： 177⁃183.
13	Xu F， Meng K， Cheng B， et al. Unique S⁃scheme heterojunctions in self⁃assembled TiO₂/CsPbBr₃ hybrids for CO₂ photoreduction［J］. Nature communications， 2020， 11（1）： 1⁃9.
14	刘纪法，陈雪冰，王芳芳，等. 六方相/单斜相 WO₃ “异相结” 的可控合成及光催化性能［J］. 石油化工高等学校学报， 2021， 34（6）： 22⁃26.
	Liu J F， Chen X B， Wang F F， et al. Controllable synthesis and photocatalytic properties of hexagonal/monoclinic WO₃ phase junction［J］.Journal of Petrochemical Universities，2021，34（6）：22⁃26.
15	Han X， Wang X， Xie S， et al. Carbonate ions⁃assisted syntheses of anatase TiO₂ nanoparticles exposed with high energy （001） facets［J］.RSC Advances， 2012， 2（8）：3251⁃3253.
16	Jinbo P， Sheng S， Wei Z， et al. Recent progress in photocatalytic hydrogen evolution［J］. Acta Physico⁃Chimica Sinica， 2020， 36（3）： 1905068⁃1905070.
17	Wang E， Yin K， Zhao X，et al. Coherent TiO₂/BaTiO₃ heterostructure as a functional reservoir and promoter for polysulfide intermediates ［J］. Chem.Commun.（Camb）， 2018， 54（86）： 12250⁃12253.
18	Zhu H， Cai S， Liao G， et al. Recent advances in photocatalysis based on bioinspired superwettabilities［J］. ACS Catalysis， 2021， 11（24）： 14751⁃14771.
19	Yang W， Feng S， Zhang X， et al. Bodipy⁃containing porous microcapsules for flow heterogeneous photocatalysis［J］. ACS Applied Materials & Interfaces， 2021， 13（32）： 38722⁃38731.
20	王鑫，张静. CdS异相结的固相法制备及其光催化性能［J］.辽宁石油化工大学学报，2019， 39（3）： 30⁃34.
	Wang X， Zhang J. Preparation of CdS phase junction by solid phase method and photocatalytic performance［J］.Journal of Liaoning Shihua University，2019，39（3）：30⁃34.

[1]	王嘉曼, 熊靖, 师金鸽, 韦岳长, 霍开玲. TiO₂催化剂催化CO₂还原的研究进展[J]. 石油化工高等学校学报, 2024, 37(4): 1-11.
[2]	杨文科, 卢连雪, 李鹏, 张健, 胡绍争. 光催化材料石墨相氮化碳的合成、改性及应用[J]. 石油化工高等学校学报, 2024, 37(1): 43-51.
[3]	宁尧, 刘满, 刘素燕. 多孔碳BVO/Zn@ZPC的制备及其光降解性能[J]. 石油化工高等学校学报, 2023, 36(6): 36-47.
[4]	陈基鹏, 杨阳佳子, 李鹏, 张健, 胡绍争. 石墨相氮化碳的制备、改性及应用[J]. 石油化工高等学校学报, 2023, 36(5): 45-51.
[5]	赵东启, 顾贵洲, 李政. 水滑石类光催化剂在污水处理中的应用[J]. 石油化工高等学校学报, 2022, 35(3): 36-42.
[6]	陈佳慧, 黎泓麟, 杨紫坤, 罗鸿仙, 张金生, 李丽华. GO改性的铈基纳米复合光催化剂性能对比研究[J]. 石油化工高等学校学报, 2022, 35(1): 63-67.
[7]	刘纪法, 陈雪冰, 王芳芳, 张静, 陈常东. 六方相/单斜相WO₃“异相结”的可控合成及光催化性能[J]. 石油化工高等学校学报, 2021, 34(6): 22-26.
[8]	齐永娟, 宫晓杰, 张丹, 吴限, 李丽华. 单模聚焦微波法制备MIL⁃53(Fe)及其光催化性能研究[J]. 石油化工高等学校学报, 2021, 34(5): 24-29.
[9]	周月娥, 陈雪冰, 张静. 内建电场调控光生电荷分离效率的研究进展[J]. 石油化工高等学校学报, 2021, 34(3): 1-6.
[10]	崔美玉，李飞. 可见光催化的烯烃胺化反应的研究进展[J]. 石油化工高等学校学报, 2021, 34(3): 31-37.
[11]	李鹏, 吕振波, 于芳. 可见光催化环丁醇的C-C断裂胺化反应的研究[J]. 石油化工高等学校学报, 2020, 33(4): 1-5.
[12]	商宇桐，杨丽娜，管景国，李剑. 光催化氧化脱硫催化剂研究进展[J]. 石油化工高等学校学报, 2020, 33(2): 12-17.
[13]	高文龙，陈雪冰，张静. 二维纳米片金红石TiO₂的可控合成及光催化性能[J]. 石油化工高等学校学报, 2019, 32(6): 22-26.
[14]	梁红玉,李建中,田彦文,邹赫,胡绍争. 不同g-C₃N₄/WO₃异质结材料的制备及其光催化性能研究[J]. 石油化工高等学校学报, 2018, 31(01): 23-29.
[15]	李帅,张静. pH 对Bi₂O₃ 相变过程及光催化性能的影响[J]. 石油化工高等学校学报, 2017, 30(6): 6-11.

BaTiO₃⁃TiO₂复合体的软化学制备及其性能研究

Study on Soft Chemistry Preparation and Performance of BaTiO₃⁃TiO₂ Composites

HTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 7

参考文献 20

相关文章 15

编辑推荐

Metrics