BaTiO3TiO2异质结纳米管阵列的制备及其光电化学和光催化性能研讨.pdf

Preparation of BaTiO /TiO Heterojunction 3 2 Nanotube Arrays and Investigation of Their Photoelectrochemical and Photocatalytic Activity A Dissertation Submitted to the Graduate School of Henan University in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Science By Li Rui Supervisor: Asso Prof. Li Qiuye and Prof. Yang Jianjun Date: May 2013 摘 要 在众多的半导体催化剂中，通过阳极氧化法制备的二氧化钛纳米管高度规整有序， 比表面积大，吸附能力强，因此在很多领域备受关注。但是低的转换效率限制了 TiO2 纳米管阵列在实际中的应用。对 TiO2 纳米管阵列进行修饰改性可以提高其对光的利用 效率。把二氧化钛纳米管和能带相匹配的其它半导体进行耦合将有利于光生电子-空穴 的分离，以期达到提高对入射太阳光的利用效率。我们知道铁电材料的内部偶极场能促 使光生电子-空穴的分离，这引起人们对铁电材料光学性质的关注和研究。BaTiO3 就是 一种典型的铁电材料，而且其能带结构与TiO2 能带相匹配，可以促进光生电子的分离。 如果把铁电材料局域电子分离的能力和 TiO2 的光催化特性结合在一起，将有助于提高 光催化效率。本文以二氧化钛纳米管阵列为模板和反应物，通过水热法制备得到 BaTiO /TiO 异质结纳米管阵列以及利用不同方法对BaTiO /TiO 进行了Ag 和其它助催 3 2 3 2 化剂的担载来提高光催化和光电化学转化效率。具体研究内容和结果如下： ( 1 ) 以TiO 纳米管阵列作为模板和反应物，采用水热法制备BaTiO /TiO 异质结。 2 3 2 通过调节反应温度、时间、前驱体的浓度制备了四个样品，以MB 为模型污染物，评价 样品的光催化活性。通过I-V 和EIS 曲线来考察光电化学性质。结果表明, 当Ba(NO ) 3 2 浓度为0.015 mol/L, 在 120℃反应0.5 h 时制备得到的样品光催化活性以及光电化学性 质最好。样品的形貌以及异质结中钛酸钡的含量对异质结的光催化活性以及光电化学性 能影响很大。交流阻抗的测试结果表明BaTiO3 与TiO2 间形成的异质结构能有效的促进 电子-空穴对的分离。 ( 2 ) 采用化学还原和光还原法把Ag 担载到BaTiO /TiO 异质结上面，以MB 为模型 3 2 污染物考察样品的光催化活性,并用EIS 曲线来评价它的光电化学性质。结果表明，Ag 的修饰在很大程度上可以提高BaTiO /TiO 异质结的光催化活性和光电化学性质；光还