本發(fā)明涉及一種Ag/BaTiO3納米管陣列異質(zhì)光催化結(jié)構(gòu)及其制備方法，屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域和光催化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鈦酸鋇是一種典型的鈣鈦礦型鐵電體，多年來(lái)BaTiO3的應(yīng)用研究主要集中于換能器、敏感元件和電容器等領(lǐng)域。對(duì)鈦酸鋇納米材料的制備主要為納米晶，另外還有鈦酸鋇納米棒、薄膜等。近年來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)BaTiO3作為鈣鈦礦型氧化物也是一類光催化劑，在紫外光或可見(jiàn)光照射下同樣能產(chǎn)生光生電子和光生空穴，這使其在光催化領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，鈦酸鋇在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用對(duì)其形貌提出了新的要求。納米管陣列結(jié)構(gòu)可以使電荷載流子擴(kuò)散路徑被拉長(zhǎng)，克服了常規(guī)金屬氧化物光生電子和空穴易發(fā)生復(fù)合的缺點(diǎn)。陽(yáng)極氧化鋁模板法是制備納米管陣列的常用方法，但是這種方法受到模板的限域作用，離子在模板通道內(nèi)擴(kuò)散速率慢，路徑長(zhǎng)，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)容易導(dǎo)致模板變形、斷裂，反應(yīng)物發(fā)生水解。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種Ag/BaTiO3納米管陣列異質(zhì)光催化結(jié)構(gòu)及其制備方法，對(duì)促進(jìn)鈦酸鋇在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的所采用的技術(shù)解決方案為：一種Ag/BaTiO3納米管陣列異質(zhì)光催化結(jié)構(gòu)及其制備方法，其步驟為：
a將陽(yáng)極氧化鋁模板用5wt％磷酸浸泡，去除底部致密的氧化鋁阻擋層，得到雙通的多孔氧化鋁模板；將雙通多孔氧化鋁模板豎直插入到反應(yīng)器中央并固定，使模板將反應(yīng)器隔離成相等的兩部分形成雙向反應(yīng)器，保證兩側(cè)的反應(yīng)物只通過(guò)雙通多孔氧化鋁模板相互擴(kuò)散；在雙室反應(yīng)器的一側(cè)加入Ti(OC4H9)4和硝酸銀溶液；在雙室反應(yīng)器的另一側(cè)加入與Ti(OC4H9)4等濃度、等體積的硝酸鋇溶液，兩側(cè)溶液的pH值都控制在4-6；在空氣中靜置4-10小時(shí)；取出模板，將表面擦拭干凈并在紅外燈下烘干，然后在馬弗爐中以5℃每分鐘的升溫速率升溫至750℃保溫1小時(shí)，進(jìn)行退火處理。用2mol/L的NaOH溶液除去產(chǎn)物中多余的陽(yáng)極氧化鋁模板(AAO模板)后得鈦酸鋇納米管陣列；
b將步驟a制備的鈦酸鋇納米管陣列粉末溶于去離子水，超聲攪拌30min形成濃度為0.5g/L-2g/L的鈦酸鋇懸濁液；
c將鈦酸鋇懸濁液與硝酸銀溶液混合，超聲攪拌1小時(shí)后加熱至水分完全蒸發(fā)，并在450℃下煅燒得到Ag/BaTiO3納米管陣列異質(zhì)光催化結(jié)構(gòu)。
其中，步驟a所述的陽(yáng)極氧化鋁模板的孔徑為50-200nm，所述的Ti(OC4H9)4和硝酸鋇溶液的濃度為0.01M，硝酸銀溶液與Ti(OC4H9)4溶液的摩爾比為1:10；
步驟c所述的硝酸銀與鈦酸鋇的摩爾比為(0.1-1)：100。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明以雙通的有序多孔氧化鋁為模板，將雙通多孔氧化鋁模板豎直插入到反應(yīng)器中央并固定，使模板將反應(yīng)器隔離成相等的兩部分形成雙向反應(yīng)器，保證兩側(cè)的反應(yīng)物只通過(guò)雙通多孔氧化鋁模板相互擴(kuò)散；在雙室反應(yīng)器兩側(cè)分別通入Ti(OC4H9)4和硝酸鋇，在較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了離子在模板孔道內(nèi)的相互擴(kuò)散，防止了氧化鋁模板坍塌、斷裂。以硝酸銀作為穩(wěn)定劑，加入Ti(OC4H9)4溶液，延遲凝膠化時(shí)間，得到長(zhǎng)期穩(wěn)定的溶膠，確保反應(yīng)結(jié)束前Ti(OC4H9)4以溶膠的形式存在，不絮凝、不水解。
另外，本發(fā)明考慮到Ti(OC4H9)4和硝酸鋇在水介質(zhì)中的粘度和擴(kuò)散速率的差異容易使生成物偏離化學(xué)計(jì)量比，首次采用濃度補(bǔ)償法，在加入Ti(OC4H9)4的同時(shí)加入硝酸銀溶液，控制最終產(chǎn)物實(shí)現(xiàn)理想的化學(xué)計(jì)量比，實(shí)現(xiàn)了多種陽(yáng)離子在相同時(shí)間內(nèi)在孔道中的均勻擴(kuò)散，從而保證了產(chǎn)物的微觀結(jié)構(gòu)、電學(xué)性能和光催化特性。
本發(fā)明制備的鈦酸鋇納米管陣列結(jié)構(gòu)可以拉長(zhǎng)電荷載流子的擴(kuò)散路徑，減少光生電子和空穴復(fù)合；同時(shí)本發(fā)明利用了Ag納米材料所具有的獨(dú)特表面等離子體共振效應(yīng)以及良好的導(dǎo)電性，構(gòu)建Ag/BaTiO3納米管陣列異質(zhì)光催化材料，提高了光生電子-空穴的分離效率。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明下面結(jié)合實(shí)施例作進(jìn)一步詳述：
實(shí)施例1：
將孔徑為50nm的陽(yáng)極氧化鋁模板用5wt％磷酸浸泡，去除底部致密的氧化鋁阻擋層，得到雙通的多孔氧化鋁模板；將雙通多孔氧化鋁模板豎直插入到反應(yīng)器中央并固定，使模板將反應(yīng)器隔離成相等的兩部分形成雙向反應(yīng)器；在雙室反應(yīng)器的一側(cè)加入0.01M的Ti(OC4H9)4和0.001M的硝酸銀溶液；在雙室反應(yīng)器的另一側(cè)加入0.01M與Ti(OC4H9)4等體積的硝酸鋇溶液，兩側(cè)溶液的pH值都控制在4-6；在空氣中靜置4-10小時(shí)；取出模板，將表面擦拭干凈并在紅外燈下烘干，然后在馬弗爐中以5℃每分鐘的升溫速率升至溫750℃保溫1小時(shí)，進(jìn)行退火處理。用2mol/L的NaOH溶液除去產(chǎn)物中多余的AAO模板后得鈦酸鋇納米管陣列；所制備的鈦酸鋇納米管陣列粉末溶于去離子水，超聲攪拌30min形成濃度為1.0g/L的鈦酸鋇懸濁液；按照Ag與BaTiO3的摩爾比為0.1:100的比例，將鈦酸鋇懸濁液與硝酸銀溶液混合，超聲攪拌1小時(shí)后加熱至水分完全蒸發(fā)，并在450℃下煅燒得到Ag/BaTiO3納米管陣列異質(zhì)光催化結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例2：
將孔徑為50nm的陽(yáng)極氧化鋁模板用5wt％磷酸浸泡，去除底部致密的氧化鋁阻擋層，得到雙通的多孔氧化鋁模板；將雙通多孔氧化鋁模板豎直插入到反應(yīng)器中央并固定，使模板將反應(yīng)器隔離成相等的兩部分形成雙向反應(yīng)器；在雙室反應(yīng)器的一側(cè)加入0.01M的Ti(OC4H9)4和0.001M的硝酸銀溶液；在雙室反應(yīng)器的另一側(cè)加入0.01M與Ti(OC4H9)4等體積的硝酸鋇溶液，兩側(cè)溶液的pH值都控制在4-6；在空氣中靜置4-10小時(shí)；取出模板，將表面擦拭干凈并在紅外燈下烘干，然后在馬弗爐中以5℃每分鐘的升溫速率升溫至750℃保溫1小時(shí)，進(jìn)行退火處理。用2mol/L的NaOH溶液除去產(chǎn)物中多余的AAO模板后得鈦酸鋇納米管陣列；所制備的鈦酸鋇納米管陣列粉末溶于去離子水，超聲攪拌30min形成濃度為1.0g/L的鈦酸鋇懸濁液；按照Ag與BaTiO3的摩爾比為0.5:100的比例，將鈦酸鋇懸濁液與硝酸銀溶液混合，超聲攪拌1小時(shí)后加熱至水分完全蒸發(fā)，并在450℃下煅燒得到Ag/BaTiO3納米管陣列異質(zhì)光催化結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例3：
將孔徑為50nm的陽(yáng)極氧化鋁模板用5wt％磷酸浸泡，去除底部致密的氧化鋁阻擋層，得到雙通的多孔氧化鋁模板；將雙通多孔氧化鋁模板豎直插入到反應(yīng)器中央并固定，使模板將反應(yīng)器隔離成相等的兩部分形成雙向反應(yīng)器；在雙室反應(yīng)器的一側(cè)加入0.01M的Ti(OC4H9)4和0.001M的硝酸銀溶液；在雙室反應(yīng)器的另一側(cè)加入0.01M與Ti(OC4H9)4等體積的硝酸鋇溶液，兩側(cè)溶液的pH值都控制在4-6；在空氣中靜置4-10小時(shí)；取出模板，將表面擦拭干凈并在紅外燈下烘干，然后在馬弗爐中以5℃每分鐘的升溫速率升溫至750℃保溫1小時(shí)，進(jìn)行退火處理。用2mol/L的NaOH溶液除去產(chǎn)物中多余的AAO模板后得鈦酸鋇納米管陣列；所制備的鈦酸鋇納米管陣列粉末溶于去離子水，超聲攪拌30min形成濃度為1.0g/L的鈦酸鋇懸濁液；按照Ag與BaTiO3的摩爾比為1:100的比例，將鈦酸鋇懸濁液與硝酸銀溶液混合，超聲攪拌1小時(shí)后加熱至水分完全蒸發(fā)，并在450℃下煅燒得到Ag/BaTiO3納米管陣列異質(zhì)光催化結(jié)構(gòu)。
對(duì)比實(shí)施例1：
將孔徑為50nm的陽(yáng)極氧化鋁模板用5wt％磷酸浸泡，去除底部致密的氧化鋁阻擋層，得到雙通的多孔氧化鋁模板；并將雙通多孔氧化鋁模板裝入反應(yīng)器中間，固定，將反應(yīng)器隔離成兩部分形成雙室反應(yīng)器；在雙室反應(yīng)器的一側(cè)加入0.01M的Ti(OC4H9)4；在雙室反應(yīng)器的另一側(cè)加入0.01M與Ti(OC4H9)4等體積的硝酸鋇溶液，兩側(cè)溶液的pH值都控制在4-6；在空氣中靜置4-10小時(shí)。靜置8小時(shí)后發(fā)現(xiàn)Ti(OC4H9)4出現(xiàn)絮凝狀沉淀，其余實(shí)驗(yàn)步驟同實(shí)施例1。將煅燒后得到的Ag/BaTiO3納米管陣列異質(zhì)光催化結(jié)構(gòu)采用放電等離子體原子光譜(ICP)測(cè)定原子比例，發(fā)現(xiàn)Ba、Ti摩爾比大于1，說(shuō)明部分Ti4+發(fā)生了水解，沒(méi)有完全與鋇離子發(fā)生反應(yīng)，使鈦酸鋇偏離了化學(xué)計(jì)量比，鈦酸鋇偏離化學(xué)計(jì)量比將會(huì)對(duì)產(chǎn)物的微觀結(jié)構(gòu)、電學(xué)性能和光催化特性產(chǎn)生重要的影響。