水热法合成钛酸锶光催化剂及其降解不同染料对环境净化的影响研究

赵戈榕

（东北林业大学林学院，黑龙江 哈尔滨 150036）

SrTiO3光催化剂是一种继TiO2后取得工业应用的催化剂，在环境净化领域具有重要的应用。然而，由于SrTiO3光催化剂带隙大、太阳光利用率低等缺点，仅在紫外光降解染料方面取得应用[1]。研究表明[2]，合成方法对半导体光催化剂的物理化学性能具有很大影响，采用合适的方法合成SrTiO3并拓展其可见光光吸收能力具有重要的意义。水热合成法具有制备工艺简单、成本低等优点，可增强SrTiO3的物理化学性能。因此，本文采用水热法合成SrTiO3光催化剂，并研究它的结构、光吸收能力和光催化活性。

1 实验

1.1 光催化剂的合成

根据SrTiO3的化学计量比，称取适量的TiO2和Sr(OH)2·8H2O 和NaOH 作为原始材料，将其分别缓慢溶解在50mL 去离子水中，配置成混合溶液。将所得的混合溶液转移到含有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，并在220 ℃高温加热反应24 h。反应完成后，清洗数次，将反应产物进行干燥，获得SrTiO3光催化剂。

1.2 光催化剂的表征

采用2550 PC 型X 射线粉末衍射仪表征样品的相结构；采用SL 159 ELICO 型紫外可见分光光度计表征其紫外可见吸收光谱；采用721 分光光度计测试样品的光催化活性。

2 结果与讨论

图1 是SrTiO3光催化剂的XRD 图。

图1 SrTiO3 光催化剂的XRD 图

由图1 可知，该样品属于立方相的SrTiO3的衍射峰，其标准的JCPDS 卡片号为35-0734。通过谢乐公式(1)，可计算出SrTiO3的晶粒尺寸约为52 nm。这里k、β、λ 和θ 分别是形状因子、半高宽、X射线的入射波长和布拉格衍射角。结果表明，采用水热法可合成出纯的立方相的SrTiO3光催化剂。

图2 是SrTiO3光催化剂的紫外吸收光谱图。

图2 SrTiO3 光催化剂的紫外吸收光谱图，插图为Eg 值

在500 nm 以下，SrTiO3光催化剂表现出较强的光吸收能力，表明它具有较强的紫外-可见光催化活性。根据公式（2），可作出(F(R)h) 1/2 -hν 的曲线图3。将最陡处的斜率外延至与横坐标的交点，交点值即为能带(Eg) 值。式中：F(R)是吸光度，F(R)是普朗克常数，是频率，A 是常数，n=1/2。根据计算，SrTiO3光催化剂的Eg 值为2.93 eV。

图3 SrTiO3 光催化剂降解不同染料的降解率

为证实SrTiO3具有较强的可见光光催化活性，选择刚果红、罗丹明B 以及甲基蓝染料进行实验。图3 是SrTiO3光催化剂降解不同染料的降解率关系图，催化剂含量5 g/L，染料浓度50 mg/L，辐照降解时间150min。从图中可以看出，降解率随着辐照时间的增加而增大，SrTiO3光催化剂对染料的降解具有选择性。对刚果红的降解明显优于其它两种染料，降解率达到90 %左右。因此采用水热法制备的SrTiO3光催化剂是一种潜在的可见光光催化剂。

3 结论

通过水热法成功地合成SrTiO3光催化剂，其晶体结构为立方相，晶粒尺寸为52 nm。SrTiO3光催化剂具有较强的紫外可见光吸收能力，表明其在降解有机染料方面表现出较好的光催化活性。光催化实验揭示SrTiO3光催化剂对染料降解具有选择性，最佳的降解染料是刚果红。