BaTin02n+l光催化性能和结构关系的探究

冯海东

【摘要】开展样品的光催化活性检测试验，用甲基橙作为染料光降解模型，探讨在不同酸性条件下BaTinO3、BaTin2O5及BaTin4O9的降解率。试验后发现，在酸性条件相同时，BaTin3O9的光催化活性最高，BaTin03最低;堆积率越低，则提示材料晶体结构越开放。以上三种材料中，结构开放度越大，光催化性能越优良。

【关键词】BaTinO2n+1光催化性 甲基橙堆积率

BaTinO2N+1（n=1，2，4）粉末是采用sol- gel方法制取的聚合物前驱体，其是在8000C高温环境下烧制而成的。目前，BaTinO3、BaTin2O5及BaTin4O9在陶瓷制作领域中有较广泛应用，近些年，钛酸钡在光催化领域中有所使用，这得到了人们的较高关注。但关于BaTinO3、BaTinO5、及BaTinO9三者在光催化性能上的差异，相关研究工作并没未深入进行。鉴于此，文章对以上三种钛酸钡材料的光催化性活性开展分析，并引入堆积率概念，以更好的解读材料开放度和光催化性能间的相关性。

1、试验过程

1.1制取光催化剂

利用sol-gel方法制取BaTinO2n+1（n=1.2，4）粉末，起始原料以硝酸钡Ba（NO3）2、柠檬酸（C6H807-H2O）、钛酸四丁脂Ti（OC4Hg）4、氨水等为主，以上原料均是分析纯。预制50%C6H8O7.H2O，滴入适量氨水将pH值调整至6，随即溶入Ti （OC4H9）4，Ti （OC4H9）4和C6H8O7.H20两者质量比为1：1。混合液内会形成片状沉淀物，逐渐溶解。于50%C6H8O7.H20内加适量硝酸钡，设两者摩尔比为2：1，制柠檬酸钡溶液为钡源。在制取BaTinO3、BaTin2O5及BaTin4O9时，依照一定的化学计量比分别取相应体积的柠檬酸钡与柠檬酸钛溶液混合，调整酸碱度至6～7，加入乙二醇以防粉体出现团聚。将混合后的溶液安放于120℃烘箱内，历经蒸发、烘干后，取样品予以研磨，把磨好粉料导入坩埚并于800℃高温条件下持续煅烧2h。

1.2光催化降解实验

实验期间取甲基橙作为染料模型。量取提前制备好的10mg/L甲基橙溶液300mL，与0.68催化剂粉体共同整合至反应器内，调整溶液的酸碱度。紫外灯光源开始运作时，反应器遁冷却水维持恒温。隔一定的光照时间后取混合液样品，使用离心机分离，获得下层清液，分光光度计分析清液，获得其对应的吸收曲线。伴随时间的推移，其特征吸收峰（X=464nm）强度缓慢下降，剩余率为各时间取样的吸收峰峰值与母液峰值两者的比重。

2、实验结果

对BaTinO3、BaTin2O5及BaTin4O9的XRD图谱进行分析后，发现实验中所用的样品均为纯相。

对不同样品的紫外一可见光吸收光谱进行分析后，发现伴随Ti含量增加，其吸收边有持续南移的趋势。结合既往相关人员的研究结果，于吸收光谱最陡峭处作切线，初始波长是切线和吸收光譜长波段的平滑线延长线交点的横坐标。按照如上方法能获知BaTinO3、BaTinO5、及BaTinO9的吸收边依次位于394、391与356nm处。依公式Eg（eV）-1240/g（nm）测算出BaTinO3、BaTin2O5及BaTin409的能隙依次是3.15、3.19与3 48eV。

当pH位4.5时，BaTin4O9降解效果最好，BaTinO3最差，BaTin2O5居中。紫外光持续照射1.5h后，BaTin03、BaTin205及BaTin4O9依次降解了10%、24%、76%的甲基橙。当pH为3.2时，三种催化剂的降解规律一致，即BaTin03

从能带构成的角度分析，BaTinO3、BaTin2O5及BaTin4O9具有相似度较高的能带结构，光催化活性、惰性中心依次是Ti4+、Ba2+，Ti3d轨道组成了导带，价带的构成以02p印轨道为主。结合过往研究成果，针对该类类能带结构高度相似的不同半导体，可以对催化剂的内在结构特征出发去分析其光催化活性差异性，对BaTi-nO3、BaTin2O5及BaTin4O9的晶体结构分别分析后，发现结构内存在着两种隧道，大孔径隧道不仅能纳入Ba2+，还存在着空隙，小隧道未填充任何离子、对以上三种结构的[TiO6]八面体堆积的规整度进行比较，有BaTin03>BaTin2O5>BaTin4O9的结论。

BaTinO2n+1（ n=1，2，4）是典型的钛电材料，在多种扰动因素的作用下还会是其结构内[TiO6]八面体发生一定形变。为定性分析电子传输过程的难易程度，我们引入了堆积率的概念，其是单位晶胞中全部构成离子的体积在整个晶胞体中所占有的百分比。实际上，堆积率与材料的电子结构及物理性能密切相关，堆积率越小提示结构的开放度越高，原子核的可移动性就越大，进而促进原子轨道极化、电子一空穴对的形成过程，此时发生光催化反应更容易。通过查阅相关资料及换算后得出，数据手册中查出或换算得出，BaTi-nO3、BaTin2O5及BaTin4O9的堆积因子依次是62.59%、60. 04%、5942%，说明的BaTinO3堆积率最大，BaTin2O5次之，BaTin4O9最小。

3、结束语

本实验重点探究了BaTinO2n+1（ n=1，2，4）在不同酸性条件下光催化降解甲基橙的规律，实验表明，在不同pH值，催化剂的光催化性能均呈现出一致规律，即BaTinO3

参考文献：

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