关于钙钛矿复合氧化物材料的研究(3)
2013-08-22 01:10
导读：钙钛矿复合氧化物因具有独特的半导体性质,利用该性质作为光催化剂进行光降解的研究同样受到研究工作者的瞩目。傅希贤等[31]用柠檬酸络合法制备了钙
钙钛矿复合氧化物因具有独特的半导体性质,利用该性质作为光催化剂进行光降解的研究同样受到研究工作者的瞩目。傅希贤等[31]用柠檬酸络合法制备了钙钛矿型ＬａＦｅＯ3及ＬａＦｅ1-ｘＣｕｘＯ3化合物,发现掺杂Ｃｕ达5(ｗｔ)%时,ＬａＦｅ0.95Ｃｕ0.05Ｏ3的光催化活性最高,在其悬浮体系中对ＣＯ2-3进行光催化还原实验,用450Ｗ荧光汞灯作为光源,λ>410ｎｍ,光照5ｈ,取上层清液分析,结果表明悬浮体系中ＣＯ2-3被还原为甲酸、甲醛。Ｏｍａｔａ等[32]研究了碱土金属掺杂的钙钛矿氧化物与ＴｉＯ2的协同光催化反应,钙钛矿氧化物ＳｒＺｒ0.9Ｙ0.1Ｏ3作为ｐ型半导体其光催化活性很低,它吸收的波长<800ｎｍ,而ＴｉＯ2作为ｎ型半导体光催化活性高,但它几乎不吸收可见光。在Ｘｅ灯照射下,ｐ＿ｎ型结合后的催化剂粒子对甲基蓝的光催化降解接近100%,是ＴｉＯ2活性的数倍,在可见光(λ>420ｎｍ)的照射下,对甲基蓝和甲酸溶液能完全降解。Ｙａｏ等[33]利用ＣＳＤ方法制备了层状的钙钛矿化合物Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12,用甲基橙进行了光催化降解实验,紫外灯照射4ｈ后使摩尔浓度10×10-6的甲基橙溶液完全降解,ＴＥＭ获知Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12晶体微粒为球状且直径为10～90ｎｍ。Ｋａｔｏ等[34]研究了许多碱金属和碱土金属的钽酸盐,如Ｋ3Ｔａ3Ｓｉ2Ｏ13,由于Ｔａ具有高导带水平的5ｄ轨道,对工业污水具有较高的光催化活性,实验发现掺杂ＮｉＯ后钙钛矿ＮａＴａＯ3结构产生扭曲,进一步掺杂Ｌａ改进ＮｉＯ ＮａＴａＯ3催化活性,掺杂后ＮｉＯ ＮａＴａＯ3的量子率在270ｎｍ时可达50%。吴树新[35]掺杂了Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｎ等金属粒子,发现Ｃｕ掺杂改性的纳米催化剂能使甲酸、乙酸、甲醛水溶液在较短时间内降解完全。在光催化还原反应中,使用未掺杂的催化剂进行反应,产物中仅有甲酸和甲醛,而使用掺杂后的催化剂,则检测到有深度还原产物甲醇生成。
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但是,钙钛矿氧化物催化活性比贵重金属催化剂低,抗析碳、耐气蚀及耐毒性等方面还存在差距,当水蒸气等含氧气氛存在时活性降低甚至中毒,须改进工艺,研究合成新化合物提高活性;作为光催化剂时,仍存在光子利用率低和催化剂难以回收等难题。今后的研究除了从静态角度将催化剂某些参数如电子结构与催化剂活性关联外,应同时注重研究催化电子能量传递过程的微观动态分析,注重反应器设计及催化剂表面活性组分的质量热量传递途径研究。
3 钙钛矿复合氧化物材料应用前景
钙钛矿结构中Ａ或Ｂ位被其它金属离子取代或部分取代后可合成独特结构和性能的复合氧化物,从而形成阴离子缺陷或不同价态的Ｂ位离子,这种特殊结构的功能材料已发现具有上述气敏、巨磁电阻、电导性和催化活性等特性,涉及到电子、机械、化工、航天、通讯和家电等众多领域。比如,利用其独特的酒敏特性和较强的氧敏特性,可用作酒敏传感器和氧传感器等的电极材料,制成的气敏元件灵敏度高、抗干扰性强、响应速度快,具有相当好的电阻值稳定性以及与之相关的测量准确性;作为氧传感器的电极材料,可用于监控汽车尾气的排放和检测冶炼中的氧含量。优化两类钙钛矿材料的结合系数和应变条件,可制成舰艇用性能优良的声纳传感器;在催化领域,实验室规模的烟道气ＳＯ2还原催化剂已有报道[36],作为光降解催化剂和汽车尾气催化剂正在大力研究开发。
纳米材料、信息技术和生物技术是21世纪社会经济发展的三个支柱,钙钛矿型复合氧化物作为纳米研究领域中一类重要功能材料具有广阔的应用前景,进一步研究其合成、结构和特殊用途对化工、机械等工业乃至国防具有实际意义。
