钙钛矿型氧化物光催化剂的制备及表征方法研究.pdf

第39卷第4期 河南师范大学学报(自然科学版) V们．39No．4 HenanNormal Science 201i年7月 Journal Edition) of University(Natural July．2011 文章编号：1000--2367(2011)04一0080—04 钙钛矿型氧化物光催化剂的制备及表征方法研究 蔡河山1，刘国光2，黎晓霞1 (1．佛山大学资源环境系，广东佛山528000；2．广东工业大学环境科学与工程学院，广州510006) 摘 要：光催化氧化技术是近年来国内外的一个热点研究领域，具有良好的应用前景．钙钛矿型氧化物由于其 结构的稳定性和特殊的物化性能，日益成为光催化材料研究领域的重要课题．文中详细评述了钙钛矿型光催化剂的 常用表征技术(XRD，XPS，TEM，uv_Vis DRS，BET等)和制备方法，重点对其中的传统高温固相法、溶胶一凝胶法以 及水热法进行了分析．最后，提出了非金属元素掺杂改性钙钛矿型氧化物光催化剂是今后的一个重要研究方向，并 存在巨大的研究空间． 关键词：钙钛矿型氧化物；光催化剂；制备；表征 中图分类号：0643 文献标志码：A 半导体多相光催化氧化技术是自20世纪70年代发展起来的一种新型高级氧化技术，在环境污染治理中具有非常广阔的 应用前景，也成为近年来国内外的一个热点研究领域[1_4]．近年来，一些科学工作者已研制出大量的新型多元金属复合氧化物 光催化剂，如隧道结构光催化剂(5]、层状结构光催化剂[6]，钙钛矿结构光催化剂[7_91和复合材料光催化剂[1o]等．其中，钙钛矿 型氧化物光催化材料由于其组成和结构町控、热稳定性好、价格低廉等优点，已成为光催化、光电转化等领域的研究热点． 然丽，钙钛矿型氧化物光催化剂也有其自身局限性，如催化活性偏低，尤其是对可见光利用效率低等，一直制约着其大规 模的产业化应用．为了提高对太阳能的利用率，并积极改善催化性能，人们已进行了大量的研究j二作，其中包括：(1)尝试不同 的制备方法，如采用高温同相法[1“、溶胶一凝胶法[”]、水热合成法u纠等；(2)采取一些表面修饰改性技术，如贵金属沉积¨“、金 属离子掺杂【I“、非金属掺杂[1们等，并采用了诸如XRD。BET，SEM，UV—VisDRS，XPS等【17-18]表征方法研究影响钙钛矿复合 氧化物光催化性能的因素，从而为高性能光催化剂的制备提供依据．但有关这方面的系统论述尚未见报道，文中将详细介绍 和系统评述这方面的最新研究进展，并重点对钙钛矿氧化物光催化剂的制备方法和表征技术进行探讨和分析． 1光催化反应机理 钙钛矿型氧化物光催化剂是一些半导体材料，半导体之所以能作为催化剂，是由其自身的光电特性决定的．半导体粒子 含有能带结构，通常情况下是由一个充满电子的低能价带(VB)和一个宅的高能导带(CB)构成，它们之间存在一个禁带．当它 吸收的能量大于或等于其禁带宽度时。价带中的电子就会被激发到导带上，形成带负电的高活性电子e一，同时在价带上产生 带正电的空穴h+(氧化电位为3．0V，其氧化性比氯气和臭氧要强得多)，形成e一一h+对的氧化一还原体系．在电场的作用下， e一与h+发生分离并迁移到粒子表面，e一和h+与水及溶解氧作用，产生高化学活性的羟基自由基(·0H)，能氧化大多数的有 机污染物及部分无机污染物，将其最终降解为COz，Hz0等无害物质，甚至能够氧化细菌体内的有机物生成C02和H：0；另 一方面，表面高活性的电子e一则具有很强的还原能力，可以还原除去水体中的金属离子，最终达到光催化作用． 半导体催化剂光催化反应的基本原理如图l所示，图1所示过程可用如下反应式表示： (1) orhv (2) 催化剂+h，一催化剂(e一，h+) e一+h+一heat (3) (4)