Bi4Ti3O12/TiO2纳米棒异质结的制备及光催化性能研究

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二氧化钛(TiO2)是一种成本低、无毒、并且具有良好的化学稳定性和催化活性的材料。如今它已成为材料科学研究最广泛的材料之一。而一维的二氧化钛纳米材料则有着较大的比表面积,为化学反应的进行提供了更多的接触面积,从而也提高了化学反应效率。但是由于Zi02本身是一种宽禁带材料,使得它对太阳光的吸收主要在紫外光范围内,大大降低了光的吸收效率,同时光生电子和空穴的复合较快,也会导致其量子效率很低,使得光催化效率较差。而B14Ti3O12是一种具有铁电性能的材料,铁电体具有极化反转、电光、热电、压电、介电常数电压可调等特性,如果将铁电体与半导体结合形成异质结,则极有可能产生优异的性能,减小Ti02本身较大的禁带宽度,并且抑制Ti02内部载流子的重新复合,从而提高Zi02的光催化性能。本文采用静电纺丝法和水热法制备了Bi4Ti3O12/TiO2异质结。主要工作如下:1.利用钛酸四丁酯、乙酸、乙醇、PVP配制成的淡黄色透明粘稠溶胶作为前驱液,通过静电纺丝的方法制备了TiO2纳米棒。选择空气湿度在40%、电压为12kV的条件下,制备出了大小一致的纳米棒。同时,利用阳极氧化法,在氟化铵的电解液中,制备出了整齐有序的纳米管,为接下来异质结的制备奠定基础。2.通过水热反应的方法,在TiO2纳米棒上制备出不同浓度的Bi4Ti3O12/TiO2异质结。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)对所制备的Bi4Ti3O12/TiO2异质结和纯TiO2纳米棒的形貌及晶体结构进行分析。3.从紫外可见漫反射光谱(JV-vis DRS)看出,相比于纯ZiO2纳米棒,有Bi4Ti3O12/TiO2异质结生成的纳米棒样品的吸收带边有明显的红移,禁带宽度也有减小,说明Bi4Ti3O12/TiO2异质结的形成有利于提高样品对可见光的吸收。同时对数据进行转换,算出样品的直接禁带宽度,可以看出,随着异质结浓度的增加,样品的直接禁带宽度减小,如此也应证了样品红移的原因,说明异质结的生成有利于提高样品对太阳光的吸收效率。4.从光致发光图谱(PL)结果看出,Bi4Ti3O12/TiO2异质结在440nm的发射峰强度明显减弱,说明Bi4Ti3O12/TiO2之间的异质结结构,有效抑制了光生电子和空穴的复合。紫外光催化降解甲基橙(MO)溶液的结果说明,这种异质结在紫外光辐射下表现出更高的光催化活性。同时利用催化降解甲基橙实验可以看出,随着异质结浓度的增加,异质结的光催化性能也有着明显的提高。
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