静电纺丝制备BiFeO3/TiO2磁性纳米纤维及其光催化性能研究

郭剑阳,杜 平,张冬花

(滨州学院 化学与安全学院,山东 滨州 256600)

随着经济的发展，环境问题引起了人们的注意，光催化处理环境污染物成为研究热点。TiO2因其性质稳定、无毒、高催化活性，空穴易复合且能够将有机污染物彻底转化成CO2和H2O引起学者的兴趣，但因其易团聚缺点而限制应用[1-2]。静电纺丝技术制备方法简单易行，易实现工业化，既能克服催化剂团聚又提高材料的功能化而备受关注[3-4]。磁性BiFeO3的电磁场极化导致能带呈负性，定量地抑制光生载流子重组，与TiO2形成复合物使催化效率大大增强[5]。

本文采用静电纺丝技术、水热两步合成BiFeO3/TiO2复合物，并应用于甲基橙的紫外光降解，有望在光催化和电化学体系中广泛应用。

1 催化剂制备

A液：称取0.5g PVP溶于10mL乙醇，室温下搅拌均匀；B液：3mL醋酸和1.5g钛酸异丙酯，混合磁力搅拌均匀。将B缓慢加入A中，搅拌至透明液体，作为前驱体纺丝液，按设定好的参数设置纺丝机，获得的纳米材料，干燥后，于马弗炉500℃煅烧。得到纯的TiO2纳米纤维。BiFeO3采用柠檬酸-硝酸盐法制备纳米颗粒燃烧法制备[6]。将制备的TiO2和BiFeO3按照1∶1(质量比)混合，制成悬浮液，80℃下回流2 h促进两者的交联，晾干后，将粉末500℃煅烧2 h，得到BiFeO3/TiO2磁性纳米纤维。

2 BiFeO3/TiO2催化剂的表征

将制备的催化剂进行了相关表征，表征结果显示BiFeO3在TiO2纤维表面分散性很好，同时对催化剂进行了紫外可见光谱分析(图1)。在紫外区，纯TiO2在紫外区吸光能力较强，在可见光下BiFeO3/TiO2表现了较强的光吸收性，复合物中BiFeO3和TiO2相互作用，在铁电域内自发极化，BiFeO3能带弯曲，驱动光敏电子反方向运动，从而抑制空穴重组，导致光催化效率的增强[7]。

图1 BiFeO3/TiO2、BiFeO3和TiO2的紫外可见光谱图

3 光降解

光催化实验在多试管光化学反应器(XPA-7型，南京胥达机电厂)中进行，采用500W金氯灯提供可见光，反应温度在20℃，光照前反应液需进行搅拌达到吸附平衡。光照后，间隔一定时间收集反应液，催化效率如图2。

图2 不同催化剂在可见光下对于甲基橙的催化效率

4 结论

论文通过静电纺丝和水热合成两步合成了BiFeO3/TiO2复合物，提高了催化剂在可见光的吸收效率，并有效抑制了电子与空穴的复合，使得催化能力明显提高。可见光下，对甲基橙进行了光催化，BiFeO3/TiO2(质量比1∶1)在90 min时催化效率最高，达到约90%，大大增强了其光催化活性，使得该复合物有较大的经济效益和潜在的应用价值。