[发明专利]一种压电催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种压电催化剂及其制备方法与应用。本发明采用Bi₄Ti₃O₁₂纳米片作为前驱体，用水热法制备得到压电催化剂，该催化剂晶体发育完整，稳定性好，催化有机染料降解的效率高，且制备过程操作简单、成功率高、环境友好、生产成本低，在环境水污染处理方面具有良好的应用前景，有利于大规模生产。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域。更具体地，涉及一种压电催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

压电效应是在外力作用下，压电材料中的正负离子电荷中心可以分离形成电偶极子，从而使晶体在沿极化方向的两端带有不同符号电荷量的现象。在这过程中所产生的压电势可以促进压电材料表面的载流子移动至材料表面，并与水溶液发生一系列化学反应。压电催化技术是基于压电效应-电化学耦合效应的一种新技术，因其不需要光源和反应电极的参与，充分利用人类生活和生产中的机械能达到催化效果，电耗低等特点受到越来越多研究人员的关注。但目前压电催化技术的能量效率仍远低于实际应用的要求。

BaTiO₃是一种典型的ABO₃型钙钛矿，具有优异的压电性能和热稳定性，但其压电系数(d₃₃)的居里温度(Tc)高达120℃，压电材料在居里温度附近的性能最优，因此，温度达到120℃附近实验条件苛刻。为解决上述问题，常采用元素掺杂、形貌调控等方法降低居里温度的同时提高压电催化剂的压电催化活性，如用Sr取代部分Ba制备得到的可使BaTiO₃压电催化性能得到提高，这是由于Ba_1-xSr_xTiO₃的居里温度Tc可从120℃调节至室温附近，同时于Ba_1-xSr_xTiO₃压电材料在居里温度附近对外力作用的响应更加灵敏。现有技术制备得到Ba_0.8Sr_0.2TiO₃纳米棒、纳米颗粒催化活性还需要进一步提高，如Baowei Yuan等人制备得到钛酸锶钡纳米线，其具有一定的催化效果，但是催化效果仍不理想，催化速率常数仅为19.6×10^-3min^-1(Baowei Yuan,Jiang Wu,Ni Qin,*Enzhu Lin,and Dinghua Bao*.EnhancedPiezocatalytic Performance of(Ba,Sr)TiO₃ Nanowires to Degrade OrganicPollutants)。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有压电催化剂催化效果仍不理想的缺陷和不足，提供一种压电催化剂，该压电催化剂具有优异催化活性、良好结晶性质、超薄片状结构和居里温度接近室温。

本发明的目的是提供一种压电催化剂的制备方法。

本发明的另一目的是提供一种压电催化剂在催化有机污染物降解方面中的应用。

本发明的上述目通过以下技术方案实现：

一种压电催化剂，所述压电催化剂的分子式为Ba_1-xSr_xTiO₃，结构为片状，其中，0.21≤x0.3。

优选地，所述压电催化剂的分子式为Ba_0.75Sr_0.25TiO₃。

优选地，所述压电催化剂的面积为0.16～1.0μm²。

本发明进一步保护一种压电催化剂的制备方法，包括如下步骤：