靜電紡絲制備BiFeO3/TiO2磁性納米纖維及其光催化性能研究

郭劍陽,杜 平,張冬花

(濱州學院 化學與安全學院,山東 濱州 256600)

隨著經濟的發展，環境問題引起了人們的注意，光催化處理環境污染物成為研究熱點。TiO2因其性質穩定、無毒、高催化活性，空穴易復合且能夠將有機污染物徹底轉化成CO2和H2O引起學者的興趣，但因其易團聚缺點而限制應用[1-2]。靜電紡絲技術制備方法簡單易行，易實現工業化，既能克服催化劑團聚又提高材料的功能化而備受關注[3-4]。磁性BiFeO3的電磁場極化導致能帶呈負性，定量地抑制光生載流子重組，與TiO2形成復合物使催化效率大大增強[5]。

本文采用靜電紡絲技術、水熱兩步合成BiFeO3/TiO2復合物，并應用于甲基橙的紫外光降解，有望在光催化和電化學體系中廣泛應用。

1 催化劑制備

A液：稱取0.5g PVP溶于10mL乙醇，室溫下攪拌均勻；B液：3mL醋酸和1.5g鈦酸異丙酯，混合磁力攪拌均勻。將B緩慢加入A中，攪拌至透明液體，作為前驅體紡絲液，按設定好的參數設置紡絲機，獲得的納米材料，干燥后，于馬弗爐500℃煅燒。得到純的TiO2納米纖維。BiFeO3采用檸檬酸-硝酸鹽法制備納米顆粒燃燒法制備[6]。將制備的TiO2和BiFeO3按照1∶1(質量比)混合，制成懸浮液，80℃下回流2 h促進兩者的交聯，晾干后，將粉末500℃煅燒2 h，得到BiFeO3/TiO2磁性納米纖維。

2 BiFeO3/TiO2催化劑的表征

將制備的催化劑進行了相關表征，表征結果顯示BiFeO3在TiO2纖維表面分散性很好，同時對催化劑進行了紫外可見光譜分析(圖1)。在紫外區，純TiO2在紫外區吸光能力較強，在可見光下BiFeO3/TiO2表現了較強的光吸收性，復合物中BiFeO3和TiO2相互作用，在鐵電域內自發極化，BiFeO3能帶彎曲，驅動光敏電子反方向運動，從而抑制空穴重組，導致光催化效率的增強[7]。

圖1 BiFeO3/TiO2、BiFeO3和TiO2的紫外可見光譜圖

3 光降解

光催化實驗在多試管光化學反應器(XPA-7型，南京胥達機電廠)中進行，采用500W金氯燈提供可見光，反應溫度在20℃，光照前反應液需進行攪拌達到吸附平衡。光照后，間隔一定時間收集反應液，催化效率如圖2。

圖2 不同催化劑在可見光下對于甲基橙的催化效率

4 結論

論文通過靜電紡絲和水熱合成兩步合成了BiFeO3/TiO2復合物，提高了催化劑在可見光的吸收效率，并有效抑制了電子與空穴的復合，使得催化能力明顯提高。可見光下，對甲基橙進行了光催化，BiFeO3/TiO2(質量比1∶1)在90 min時催化效率最高，達到約90%，大大增強了其光催化活性，使得該復合物有較大的經濟效益和潛在的應用價值。