TiO2-PbTiO3單晶異質(zhì)結(jié)的制備、微結(jié)構(gòu)和可見光催化性能研究.pdf

1、由于在紫外光下具有優(yōu)異的光催化性能，二氧化鈦是目前研究和應(yīng)用最廣泛的一種半導(dǎo)體光催化劑。為了拓展二氧化鈦的光響應(yīng)范圍至可見光區(qū)域，以提高其太陽光利用效率，摻雜、氫化、染料敏化和半導(dǎo)體復(fù)合等改性方法被相繼提出。鈣鈦礦型氧化物的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，種類繁多，很多具有鐵電性。兩者復(fù)合后能有效拓寬二氧化鈦的光響應(yīng)范圍，并在一定程度上抑制光生載流子的過快復(fù)合。此外，一個(gè)清晰且鍵合緊密的高質(zhì)量異質(zhì)結(jié)界面對(duì)于光生電子空穴對(duì)的分離和輸運(yùn)以及最終的光催化活性是

2、至關(guān)重要的。本文采用二次水熱法成功制備了具有高質(zhì)量異質(zhì)結(jié)界面的TiO2/PbTiO3單晶異質(zhì)結(jié)納米纖維復(fù)合材料和納米片復(fù)合材料，并系統(tǒng)研究了樣品的微結(jié)構(gòu)及其可見光催化性能，取得了以下創(chuàng)新性成果:
　　(1)采用二次水熱和后續(xù)熱處理的方法，以氨水作為礦化劑，成功制備了具有優(yōu)良可見光催化性能的TiO2/PbTiO3單晶異質(zhì)結(jié)納米纖維復(fù)合材料。在納米纖維復(fù)合材料TiO2/PbTiO3 TBOT:0.4 ml中，銳鈦礦相的二氧化鈦八面體納

3、米晶（直徑在30 nm左右，長(zhǎng)度在50～80nm之間）生長(zhǎng)在鈣鈦礦相PbTiO3納米纖維表面，形成了一個(gè)清晰且鍵合緊密的高質(zhì)量異質(zhì)結(jié)界面（該界面非外延生長(zhǎng)，兩相界面處存在一個(gè)寬度約為1～2 nm的無序結(jié)構(gòu)區(qū)域）。該復(fù)合材料的可見光降解速率KMB為1.4352 h-1。它具有高可見光催化活性的原因在于其具有的高質(zhì)量異質(zhì)結(jié)界面，以及單晶的組成相。
　　(2)采用單晶單疇的PbTiO3納米片作為基底，以氨水作為礦化劑，成功制備了具有優(yōu)良

4、可見光催化性能的TiO2/PbTiO3單晶異質(zhì)結(jié)納米片復(fù)合材料。在納米片復(fù)合材料TiO2/PbTiO3 TBOT:0.4 ml中，銳鈦礦相二氧化鈦的(100)晶面外延生長(zhǎng)在鈣鈦礦相PbTiO3的(100)晶面上，形成了一個(gè)高質(zhì)量異質(zhì)結(jié)界面。隨著TBOT加入量由0.4 ml增加到1.0 ml，異質(zhì)結(jié)中的二氧化鈦納米晶由單面生長(zhǎng)向雙面生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變，可見光降解速率KMB由1.4096 h-1減小到1.3690 h-1。外延生長(zhǎng)的高質(zhì)量異質(zhì)結(jié)界面，

5、以及鐵電極化和p-n結(jié)的協(xié)同作用使得其界面處具有的較好電子空穴對(duì)分離效果，是該納米片復(fù)合材料取得優(yōu)良可見光催化性能的可能原因。
　　(3)采用KOH取代氨水作為礦化劑，在不同pH條件下也成功制備了TiO2/PbTiO3單晶異質(zhì)結(jié)納米片復(fù)合材料。隨著pH由7增加到10，異質(zhì)結(jié)中的二氧化鈦納米晶由雙面生長(zhǎng)向單面生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變，可見光降解速率KMB由3.4200 h-1減小到3.1320 h-1。pH繼續(xù)增加到12時(shí)，二氧化鈦仍舊繼續(xù)呈現(xiàn)單面