钛酸钙纳米结构的制备、表征及紫外光催化性能

摘要

作为钙钛矿氧化物的典型代表，钛酸钙(CaTiO3)广泛应用于光学、电学、生物等领域，在基础研究和实际应用方面有着非常重要的意义。CaTiO3纳米结构制备成本低、工艺简单，特别是对酸的化学稳定性高使其有望作为水环境下的高效光催化剂。在纳米尺度下，形貌和尺寸对CaTiO3纳米结构的光催化性能有着重要的影响，通过调控其尺寸和形貌可以很大程度上优化光催化性能。本文利用水热法制备CaTiO3纳米结构，通过改变矿化剂(KOH)浓度、Ca/Ti摩尔比、反应时间、添加剂等来调控其形貌和尺寸，探索了其生长机理，研究了紫外光照射下CaTiO3纳米结构降解罗丹明B的光催化活性；并将葡萄糖辅助水热法扩展到PbTiO3、SrTiO3纳米结构的制备。本文的主要结果如下：
　　 (1)随着KOH浓度从0.25M增加到8M，水热合成的CaTiO3纳米结构从中空长方体管状(长1μm、宽500nm、高500nm)，向厚片状(长600nm～1μm、厚200nm～500nm)转变，光催化效率参数K值从0.0223增加到0.0368，最后降低到0.0101。固定KOH浓度为0.5M，随着Ca/Ti摩尔比由1.5增加到6，水热合成的CaTiO3纳米结构都是中空长方体管状(长1μm、宽500nm、高500nm)，表面变得更加平整，光催化效率参数K值从0.0109增加到0.0370，最后降低到0.0210。光催化效率的提高可能是比表面积变大，光生电子-空穴对氧化还原能力增强。
　　 (2)引入柠檬酸钠作为添加剂，随着柠檬酸钠浓度从0M增加到0.032M，合成的CaTiO3纳米结构从中空长方体管状(长1μm、宽500nm、高500nm)向橄榄球状体(长轴500nm、短轴300nm)变化，最后变为十字花状(长、宽1.3μm，高500nm)，光催化效率参数K值从0.0109增加到0.0402，最后降低到0.0055。
　　 (3)引入葡萄糖为添加剂，随着葡萄糖浓度从0M增加到0.15M，水热合成的CaTiO3纳米结构从中空长方管状(长1μm、宽500nm、高500nm)转变为类球体(直径100nm～600nm)，再转变为球体(直径400nm～700nm)，最后变为无规则形貌颗粒(50nm～80nm)。光催化效率参数K值从0.0370增加到0.0436，最后减少到0.0288。进一步把葡萄糖水热法扩展到PbTiO3、SrTiO3纳米结构的制备，随着葡萄糖浓度从0M增加到0.3M，PbTiO3纳米结构形貌分别从板块状(长300m、宽100nm，高50nm)变为无规则形貌颗粒(80nm～120nm)，SrTiO3纳米结构从中空球壳状(直径200nm)变为无规则形貌颗粒(100nm～150nm)。上述结果表明葡萄糖水热法是制备钙钛矿氧化物纳米晶的一种普适性方法。