ACS Appl. Mater. Interfaces：合成BaTiO3納米結構以探討壓電催化染料降解的形態學

DOI: 10.1021/acsami.9b23351

壓電催化劑因其對有機物的優良降解性能而備受關注。本文制備了水熱合成納米立方體（NCs）、溶膠-凝膠煅燒納米顆粒（NPs）和電紡納米纖維（NFs）三種類型的BaTiO3（BTO）納米結構，用于催化染料降解。與NCs和NPs相比，NFs由于具有大的比表面積，細小的晶體尺寸和易于變形的結構而具有更高的壓電催化降解性能。此外，對影響BTO NFs降解性能的動力學因素，包括染料初始濃度、離子強度、超聲功率和外加作用進行了深入分析。羅丹明B的降解速率常數高達0.0736 min-1，優于先前所報道的。循環試驗表明，BTO NFs具有良好的穩定性，第三個循環后110分鐘內仍有高達97.6%的降解率。此外，壓電催化的機理揭示了羥基和超氧化物自由基是降解過程中的主要反應物種。這項工作對開發高性能壓電催化劑具有重要意義，并突出了壓電催化在水修復方面的潛力。

圖1.BTO納米結構的SEM圖像：（a）NPs、（b）NCs和（d，f）NFs。（c）BTO NCs的側面尺寸分布。（e）BTO NFs的直徑大小分布。

圖2.（a）BTO NPs、NCs和NFs的BET等溫線、（b）孔徑分布、（c）XRD圖譜以及（d）RhB溶液（10 mg/L）的壓電催化降解曲線。

圖3.（a）BTO NFs的TEM圖像、（b）高分辨率TEM圖像和（c）SEAD模式。（d）PFM測量設置的示意圖。（e）地形圖、（f）相位滯后回線和幅值蝶形線與BTO NF施加電壓的關系。

圖4.（a）對于不同初始濃度的RhB溶液，BTO NFs的壓電催化降解曲線和（b）相應k值。（c）NaCl濃度和（d）超聲功率對RhB降解的影響（C0=7.5 mg/L）。

圖5.（a）BTO NFs對RhB溶液（7.5 mg/L）的循環降解。（b）在降解過程之前和之后BTO NFs的O 1s XPS掃描。

圖6.（a）?O2-和（b）?OH的ESR檢測。（c）2-羥基TA的光致發光隨超聲時間的變化。（d）各種清除劑對BTO NFs的壓電催化RhB降解。

圖7.BTO NFs的壓電催化降解原理圖。