[发明专利]一种钛酸钡/铌酸钾复合压电光催化剂、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种钛酸钡/铌酸钾复合压电光催化剂、制备方法及其应用，属于材料制备领域。本发明的钛酸钡/铌酸钾复合压电光催化剂，粒径为30‑50nm的BaTiO₃纳米球均布在棱柱状的KNbO₃上，稳定性较好，具有优良的压电光催化活性。本发明的钛酸钡/铌酸钾复合压电光催化剂的制备方法，原料易得、制备方法过程简单、操作方便。本发明钛酸钡/铌酸钾复合压电光催化剂的应用，基于压电效应与光催化效应能够提高有机染料的降解率。

技术领域

本发明属于材料制备领域，尤其是一种钛酸钡/铌酸钾复合压电光催化剂、制备方法及其应用。

背景技术

近年来，光催化技术作为一种新型绿色环境治理技术，在解决能源和环境问题等方面具有良好的应用前景。传统的光催化剂由于其对太阳光的利用率较低以及光诱导电子空穴对的复合率较高，导致光催化活性较低。压电光催化，是指当压电体受到外部机械力作用时，材料发生形变，极化状态也随之发生改变，从而在材料内部形成内建电场，这种电场能够有效促进光生电荷的有效分离，但是静态的内建电场很容易由于静电屏蔽导致自由载流子被饱和，这就降低了极化对载流子的分离效率。因此，在光催化反应过程中利用压电效应提高内建电场的强度并保证其不断再生以促进光生载流子的分离是该领域发展的关键问题。

KNbO₃作为一种典型的压电材料，具有较高的压电常数(d₃₃＝80pC/N)，在周期性的超声波振动和光照条件下，材料产生微小形变，发生极化形成压电势，从而抑制光生载流子的复合路径，提高光催化性能。此外，铁电材料BaTiO₃在低于居里温度时，具有自发极化，在晶粒内部建立微小电场，使光照时产生的空穴或电子被该电场吸引而分离，并有效迁移至催化剂表面，减少了在此过程中电子与空穴对的复合率；同时超声波振动引起BaTiO₃晶粒内部极化电场强度减弱，从而消除内建电场的饱和，促进电子和空穴的持续分离。在光催化讲解有机污染物过程中，压电材料和具有自发极化的铁电材料通过构建内建电场在抑制光生载流子的复合方面有着巨大的发展潜力。

因此，为了提高现有压电材料的光催化活性，本发明采用BaTiO₃与KNbO₃复合的方式，首次制备了BaTiO₃/KNbO₃复合压电光催化剂，提高了材料的压电光催化性能。

发明内容

本发明的目的在于克服目前压电材料内建电场强度弱及光催化活性低等缺点，提供一种钛酸钡/铌酸钾复合压电光催化剂、制备方法及其应用。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种BaTiO₃/KNbO₃复合压电光催化剂，粒径为30-50nm的BaTiO₃纳米球均布在棱柱状的KNbO₃上。

进一步的，在所述BaTiO₃/KNbO₃复合压电光催化剂中，BaTiO₃与KNbO₃的摩尔比为(9：1)～(1：9)。

一种BaTiO₃/KNbO₃复合压电光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

1)制备纳米球状的BaTiO₃粉体，制备棱柱状的KNbO₃粉体；

2)以所述BaTiO₃粉体和KNbO₃粉体为原料，进行水热法制备BaTiO₃/KNbO₃复合压电光催化剂。

进一步的，步骤1)中制备纳米球状BaTiO₃粉体的具体操作为：