bst纳米材料的可控合成及其光催化性能研究【字数：10427】
环境污染是限制人类社会发展的一个重要问题，目前治理有机物污染的有效方法是半导体光催化法，而铁电材料的光催化性质会提高催化效率。钛酸锶钡是一种典型的铁电材料，具有高介电常数，低介电损耗，介电常数随外加电场的改变而改变所以广泛的应用于微波传输，信号处理等领域。本文主要是研究钛酸锶钡纳米粉体的制备，以及钛酸锶钡粉体的光催化性质。采用溶胶凝胶水热法和溶胶凝胶水热烧结法以BaCl2、SrCl2、和钛酸丁酯做为原料制备Ba0.9Sr0.1TO3纳米粉体。利用SEM、XRD、UV-Vis DRS对BST粉体进行表征，探究其形貌、结构、元素比例、以及光吸收特性。利用BST粉体在光照下对罗丹明B溶液的降解程度做为对其光催化性能的研究。实验结果表明采用溶胶凝胶水热法制备的BST粉体具有球形的结微观构在高温烧结下团聚成晶粒尺寸更大的晶粒，而XRD显示采用溶胶凝胶水热烧结法制备的BST粉体中含有含量较多的BaTiO3。通过对UV-Vis DRS的结果分析BST粉末的光吸收波长范围小于400nm，对光的利用率不高。在光催化实验中每30分钟取一次样，取样5次后观察每次取样的液体颜色无明显变化。
目录
一 绪论 1
1.1引言 1
1.2半导体光催化原理 1
1.3铁电材料 3
1.4钛酸锶钡(BST)的研究现状 4
1.5钛酸锶钡（BST）粉体的制作方法 5
1.5.1融盐法 5
1.5.2溶胶凝胶法 5
1.5.3水热法 6
1.5.4化学共沉淀法 6
二 实验方案 7
2.1引言 7
2.2实验原料及器材 7
2.2.1 制备BST所需的原料和器材 7
2.2.2 对BST粉末进行表征的器材 8
2.3实验内容 8
2.3.1钛酸锶钡粉体的制备步骤 9
2.3.2实验中的影响因素 9
2.3.3 BST前驱体的两种热处理方法的比较 11
2.4钛酸锶钡粉体光催化实验步骤 12
三 BST粉体的数据处理 13
3.1钛酸锶钡的形貌特征 13
3.2能谱分析 14 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
3.3 XRD分析 15
3.4 BST纳米粉体紫外可见光谱 15
3.5 两种Ba0.9Sr0.1TiO3粉体的光催化实验结果 17
四 总结与展望 18
4.1总结 18
4.2展望 18
参考文献 19
致谢 20
一 绪论
1.1引言
近年来，随着科技的日新月异，人们的生活越来越好，但是这种牺牲人类生活的环境为代价换来的科技，现在却反过来治理环境。破坏容易，治理难现在需要花费大量的时间和财力来弥补过去对环境的破坏上。环境的破坏会不仅对人类和整个人类社会带来危害同时也会对当地生态造成巨大的破坏。现今对环境的破坏最主要是环境污染问题，这些环境污染问题小到个人，大到国家。国家不仅要颁布相关政策来管理环境污染的问题，也需要加大力度整治这方面的问题。
目前来说，环境污染主要有大气污染、水污染、光污染、噪声污染以及放射性污染[]。从对人们日常设生活来说大气污染和水污染是最直接最严重的污染。大气污染主要有汽车尾气，工业废气排放到空气中造成的；水污染主要是由现代化工业所排放的有机物污水导致的，这类污水中含有难以降解的有机污染物，比如卤代烃、酚类、多环芳香烃类。大气污染物中包含具有挥发性的有机物它会被人类吸入身体里极大危害的人类的生命安全。由于这些污染物有着存在的广泛性成分的复杂性以及难以降解的性质，传统的方法去处理这些污染物显得有点力不从心了，所以需要寻找更加高效，更加环保，更加节省成本的方法去处理这些污染物。
如今处理这些有机污染物有很多方法最主要的是：生物降解法、物化降解法、氧化降解法、联合降解法以及半导体光催化降解法[]。半导体光催化法是这几年处理这类污染物非常热门的方法，半导体光催化法可用于常温常压下，操作设备简单，应用范围广，采用的原材料少，能耗低，没有二次污染具有除臭，杀菌，脱色等优点，但是也具有催化剂难以收回以及光利用率低的缺点。光催化在环境保护方面表现出了强氧化性，对有机物降解彻底，降解成本低，可以直接利用太阳光等优点被科学家广泛研究。
1.2半导体光催化原理
光催化是在催化剂的作用下进行的光氧催化，可以彻底地把有机物分解为CO2、H2O及其他无机水分子物质。固体可分为导体，半导体和绝缘体如图1.1。导体：较低的能带都被电子填满，上面的能带部分被填满，满带中的电子不形成电流，而半满带中的电子吸收了外界的能量跃迁到未被电子占据的能级所以形成电流。半导体：下面是被电子占满的满带上面是空带但是由于中间的禁带宽度较小在某些情况下满带的电子被激发到空带中这样上下两个能带都成为半满带在外界电场的作用下可以导电。绝缘体：能带结构与半导体类似但由于禁带宽度很大电子很难被激发到导带所以导电性很差[]。
图1.1导体、半导体、绝缘体能带示意图
而光催化就是在价带上的电子受到光照的影响从价带跃迁到导带从而形成电子空穴对，电子从价带跃迁至导带在价带上留下了带正电的空穴具有强氧化性，在导带上形成了带负电的电子具有强还原性。当电子空穴对运动到表面以后，带负电的电子可以吸附在催化剂表面上的电子给体，而带正电的空穴与吸附在催化剂表面上的电子受体结合使该物质氧化。物质能否在催化剂表面被氧化取决于半导体的导带与价带的位置以及该物质发生氧化还原反应的电位，当然电子空穴对的捕获和复合是影响光催化反应的两个相互竞争的过程，如果在半导体中适当地加入电子和空穴的捕获剂可以减少电子和空穴在半导体内部或表面复合，加入杂质来增加半导体内部的缺陷也可以降低电子和空穴的复合几率从而提高光催化效率[]。
图1.2 半导体光催化反应原理图
1.3铁电材料
由于光催化的过程中在半导体内部会发生电子空穴对复合问题为了减少电子空穴对复合，提高光催化效率，采用半导体铁电材料可以有效减少上述问题的发生。铁电材料就是在不加外加电场的作用下自身内部会发生极化，极化强度随着外加电场的反向而反向并且具有与磁滞回线相类似的电滞回线[]。
目录
一 绪论 1
1.1引言 1
1.2半导体光催化原理 1
1.3铁电材料 3
1.4钛酸锶钡(BST)的研究现状 4
1.5钛酸锶钡（BST）粉体的制作方法 5
1.5.1融盐法 5
1.5.2溶胶凝胶法 5
1.5.3水热法 6
1.5.4化学共沉淀法 6
二 实验方案 7
2.1引言 7
2.2实验原料及器材 7
2.2.1 制备BST所需的原料和器材 7
2.2.2 对BST粉末进行表征的器材 8
2.3实验内容 8
2.3.1钛酸锶钡粉体的制备步骤 9
2.3.2实验中的影响因素 9
2.3.3 BST前驱体的两种热处理方法的比较 11
2.4钛酸锶钡粉体光催化实验步骤 12
三 BST粉体的数据处理 13
3.1钛酸锶钡的形貌特征 13
3.2能谱分析 14 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
3.3 XRD分析 15
3.4 BST纳米粉体紫外可见光谱 15
3.5 两种Ba0.9Sr0.1TiO3粉体的光催化实验结果 17
四 总结与展望 18
4.1总结 18
4.2展望 18
参考文献 19
致谢 20
一 绪论
1.1引言
近年来，随着科技的日新月异，人们的生活越来越好，但是这种牺牲人类生活的环境为代价换来的科技，现在却反过来治理环境。破坏容易，治理难现在需要花费大量的时间和财力来弥补过去对环境的破坏上。环境的破坏会不仅对人类和整个人类社会带来危害同时也会对当地生态造成巨大的破坏。现今对环境的破坏最主要是环境污染问题，这些环境污染问题小到个人，大到国家。国家不仅要颁布相关政策来管理环境污染的问题，也需要加大力度整治这方面的问题。
目前来说，环境污染主要有大气污染、水污染、光污染、噪声污染以及放射性污染[]。从对人们日常设生活来说大气污染和水污染是最直接最严重的污染。大气污染主要有汽车尾气，工业废气排放到空气中造成的；水污染主要是由现代化工业所排放的有机物污水导致的，这类污水中含有难以降解的有机污染物，比如卤代烃、酚类、多环芳香烃类。大气污染物中包含具有挥发性的有机物它会被人类吸入身体里极大危害的人类的生命安全。由于这些污染物有着存在的广泛性成分的复杂性以及难以降解的性质，传统的方法去处理这些污染物显得有点力不从心了，所以需要寻找更加高效，更加环保，更加节省成本的方法去处理这些污染物。
如今处理这些有机污染物有很多方法最主要的是：生物降解法、物化降解法、氧化降解法、联合降解法以及半导体光催化降解法[]。半导体光催化法是这几年处理这类污染物非常热门的方法，半导体光催化法可用于常温常压下，操作设备简单，应用范围广，采用的原材料少，能耗低，没有二次污染具有除臭，杀菌，脱色等优点，但是也具有催化剂难以收回以及光利用率低的缺点。光催化在环境保护方面表现出了强氧化性，对有机物降解彻底，降解成本低，可以直接利用太阳光等优点被科学家广泛研究。
1.2半导体光催化原理
光催化是在催化剂的作用下进行的光氧催化，可以彻底地把有机物分解为CO2、H2O及其他无机水分子物质。固体可分为导体，半导体和绝缘体如图1.1。导体：较低的能带都被电子填满，上面的能带部分被填满，满带中的电子不形成电流，而半满带中的电子吸收了外界的能量跃迁到未被电子占据的能级所以形成电流。半导体：下面是被电子占满的满带上面是空带但是由于中间的禁带宽度较小在某些情况下满带的电子被激发到空带中这样上下两个能带都成为半满带在外界电场的作用下可以导电。绝缘体：能带结构与半导体类似但由于禁带宽度很大电子很难被激发到导带所以导电性很差[]。
图1.1导体、半导体、绝缘体能带示意图
而光催化就是在价带上的电子受到光照的影响从价带跃迁到导带从而形成电子空穴对，电子从价带跃迁至导带在价带上留下了带正电的空穴具有强氧化性，在导带上形成了带负电的电子具有强还原性。当电子空穴对运动到表面以后，带负电的电子可以吸附在催化剂表面上的电子给体，而带正电的空穴与吸附在催化剂表面上的电子受体结合使该物质氧化。物质能否在催化剂表面被氧化取决于半导体的导带与价带的位置以及该物质发生氧化还原反应的电位，当然电子空穴对的捕获和复合是影响光催化反应的两个相互竞争的过程，如果在半导体中适当地加入电子和空穴的捕获剂可以减少电子和空穴在半导体内部或表面复合，加入杂质来增加半导体内部的缺陷也可以降低电子和空穴的复合几率从而提高光催化效率[]。
图1.2 半导体光催化反应原理图
1.3铁电材料
由于光催化的过程中在半导体内部会发生电子空穴对复合问题为了减少电子空穴对复合，提高光催化效率，采用半导体铁电材料可以有效减少上述问题的发生。铁电材料就是在不加外加电场的作用下自身内部会发生极化，极化强度随着外加电场的反向而反向并且具有与磁滞回线相类似的电滞回线[]。
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