NML研究文章 | 高效光催化剂:三级孔隙分布PbTiO3/TiO2/C纳米复合材料

Ferroelectric Oxide Nanocomposites with Trimodal Pore Structure for High Photocatalytic Performance

Tingting Xu, Xuan Liu*, Shulan Wang*, Li Li*

Nano-Micro Lett. (2019) 11: 37

https://doi.org/10.1007/s40820-019-0268-y

    本文亮点    

1  采用双模板法合成了三级孔隙分布的PbTiO3/TiO2@C(PTC)复合材料,形成了促进电荷分离的一维纳米针形貌。

2  制备的PTC纳米复合材料具有良好的光催化和光电化学性能。

     内容简介   

利用铁电体内部电场分离光生载流子是提高粉末催化剂光催化性能的有效方法。为了实现铁电材料在光催化中的高效应用,设计具有分级孔状结构的复杂异质结十分必要。

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东北大学王淑兰教授课题组提出了一种利用双模板制备具有可调结构的PbTiO3/TiO2/C(PTC)纳米复合材料的新方法。

将SiO2模板与冰模板结合,采用适当的热解程序,引入三级(微、介、大孔)孔隙度。制备的PTC纳米复合材料具有良好的光催化和光电化学性能。

在900℃ (PTC-900)下退火的PbTiO3/TiO2在紫外光和可见光照射下的MB降解率分别为0.21和0.021 min−1,分别是纯PbTiO3的7.2倍和3倍。

复合催化剂的光电流密度为1.48 mA/cm2在1.0 V的饱和甘汞电极下, PTC–900在紫外和可见光照射下的氢气产率分别为2360和9.6 μmol/h·g。更重要的是,通过应用超声诱导的机械波进一步提高了光催化的反应活性。

      图文导读     

PbTiO3/TiO2/C物化性质

通过对PbTiO3/TiO2/C的复合,测试了复合材料的XRD图,拉曼光谱图和漫反射光谱图,拉曼光谱分别比较了复合材料在不同煅烧温度下,D峰和G峰的变化趋势,漫反射光谱比较了复合材料在不同温度下的变化趋势。热重图反映了前驱体在不同煅烧温度下的失重情况,红外图客观反映了复合材料在煅烧前和煅烧后键的变化情况,并用XPS测试了材料的全谱图。

图1不同退火温度下PTC的(a) XRD图谱。(b) 拉曼光谱和 (c) 漫反射光谱。 (d) PTC前驱体的TG和DTA曲线。 (e) PTC退火前和退火后的红外光谱。(f) PTC-900的完整XPS测量光谱。

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PTC的光催化性能

通过比较复合材料在不同煅烧温度下光催化效果,得到最佳光催化效果的煅烧条件PTC-900。由于PbTiO3具有压电性,在超声光照下其光催化效果也有所提高。

图5 (a-b) 不同温度下PTC复合材料分别在紫外和可见光照射下光催化MB降解活性。(c) PTC-900在超声波辅助可见光照射下的光催化MB降解活性。 (d) 900℃下不同退火时间PTC样品的光催化反应性。(e) 不同退火温度下PTC样品的电势曲线与光电流密度的关系。(f) PTC样品和P25在重复测量过程中的光电流响应。

作者简介

王淑兰

(本文通讯作者)

教授

东北大学理学院

主要研究方向:

熔盐电化学、新型超级电容器储能材料和锂离子电池的研究

E-mail: slwang@mail.neu.edu.cn

许婷婷

(本文第一作者)

博士研究生

东北大学理学院

主要研究方向:光催化和光解水的研究

E-mail: 962371037@qq.com

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