水熱法合成鈦酸鍶光催化劑及其降解不同染料對(duì)環(huán)境凈化的影響研究

趙戈榕

（東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150036）

SrTiO3光催化劑是一種繼TiO2后取得工業(yè)應(yīng)用的催化劑，在環(huán)境凈化領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用。然而，由于SrTiO3光催化劑帶隙大、太陽光利用率低等缺點(diǎn)，僅在紫外光降解染料方面取得應(yīng)用[1]。研究表明[2]，合成方法對(duì)半導(dǎo)體光催化劑的物理化學(xué)性能具有很大影響，采用合適的方法合成SrTiO3并拓展其可見光光吸收能力具有重要的意義。水熱合成法具有制備工藝簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，可增強(qiáng)SrTiO3的物理化學(xué)性能。因此，本文采用水熱法合成SrTiO3光催化劑，并研究它的結(jié)構(gòu)、光吸收能力和光催化活性。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 光催化劑的合成

根據(jù)SrTiO3的化學(xué)計(jì)量比，稱取適量的TiO2和Sr(OH)2·8H2O 和NaOH 作為原始材料，將其分別緩慢溶解在50mL 去離子水中，配置成混合溶液。將所得的混合溶液轉(zhuǎn)移到含有聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中，并在220 ℃高溫加熱反應(yīng)24 h。反應(yīng)完成后，清洗數(shù)次，將反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行干燥，獲得SrTiO3光催化劑。

1.2 光催化劑的表征

采用2550 PC 型X 射線粉末衍射儀表征樣品的相結(jié)構(gòu)；采用SL 159 ELICO 型紫外可見分光光度計(jì)表征其紫外可見吸收光譜；采用721 分光光度計(jì)測(cè)試樣品的光催化活性。

2 結(jié)果與討論

圖1 是SrTiO3光催化劑的XRD 圖。

圖1 SrTiO3 光催化劑的XRD 圖

由圖1 可知，該樣品屬于立方相的SrTiO3的衍射峰，其標(biāo)準(zhǔn)的JCPDS 卡片號(hào)為35-0734。通過謝樂公式(1)，可計(jì)算出SrTiO3的晶粒尺寸約為52 nm。這里k、β、λ 和θ 分別是形狀因子、半高寬、X射線的入射波長(zhǎng)和布拉格衍射角。結(jié)果表明，采用水熱法可合成出純的立方相的SrTiO3光催化劑。

圖2 是SrTiO3光催化劑的紫外吸收光譜圖。

圖2 SrTiO3 光催化劑的紫外吸收光譜圖，插圖為Eg 值

在500 nm 以下，SrTiO3光催化劑表現(xiàn)出較強(qiáng)的光吸收能力，表明它具有較強(qiáng)的紫外-可見光催化活性。根據(jù)公式（2），可作出(F(R)h) 1/2 -hν 的曲線圖3。將最陡處的斜率外延至與橫坐標(biāo)的交點(diǎn)，交點(diǎn)值即為能帶(Eg) 值。式中：F(R)是吸光度，F(xiàn)(R)是普朗克常數(shù)，是頻率，A 是常數(shù)，n=1/2。根據(jù)計(jì)算，SrTiO3光催化劑的Eg 值為2.93 eV。

圖3 SrTiO3 光催化劑降解不同染料的降解率

為證實(shí)SrTiO3具有較強(qiáng)的可見光光催化活性，選擇剛果紅、羅丹明B 以及甲基藍(lán)染料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。圖3 是SrTiO3光催化劑降解不同染料的降解率關(guān)系圖，催化劑含量5 g/L，染料濃度50 mg/L，輻照降解時(shí)間150min。從圖中可以看出，降解率隨著輻照時(shí)間的增加而增大，SrTiO3光催化劑對(duì)染料的降解具有選擇性。對(duì)剛果紅的降解明顯優(yōu)于其它兩種染料，降解率達(dá)到90 %左右。因此采用水熱法制備的SrTiO3光催化劑是一種潛在的可見光光催化劑。

3 結(jié)論

通過水熱法成功地合成SrTiO3光催化劑，其晶體結(jié)構(gòu)為立方相，晶粒尺寸為52 nm。SrTiO3光催化劑具有較強(qiáng)的紫外可見光吸收能力，表明其在降解有機(jī)染料方面表現(xiàn)出較好的光催化活性。光催化實(shí)驗(yàn)揭示SrTiO3光催化劑對(duì)染料降解具有選擇性，最佳的降解染料是剛果紅。