摘 要 以乙酸鍶和鈦酸丁酯為前驅(qū)物，采用溶膠-凝膠法在低溫下合成了高純、超細SrTiO3粉體。采用掃描電鏡及紫外吸收等測試手段，對制備的SrTiO3粉體的基本特性進行了表征，并對其光催化特性進行了研究。結(jié)果表明:隨著熱處理溫度的升高，粉體的紫外吸收峰出現(xiàn)紅移現(xiàn)象；降解率隨時間的增加而增加，但隨著光催化反應(yīng)時間的延長，降解活性有所降低；800℃下鈦酸鍶粉體的甲基橙脫色率可達到78%。

關(guān)鍵詞 溶膠－凝膠，鈦酸鍶，光催化

1引言

鈦酸鍶(SrTiO₃)具有典型的鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)， 是一種用途廣泛的電子功能陶瓷[1]材料， 具有介電常數(shù)高、介電損耗低、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點， 廣泛應(yīng)用于電子、機械和陶瓷工業(yè)。同時， 作為一種功能材料， 鈦酸鍶具有禁帶寬度高(3.2eV)、光催化活性優(yōu)良等特點， 并具有獨特的電磁性質(zhì)和氧化還原催化活性[2]，在光催化分解水制氫[3]、光催化降解有機污染物[4]和光化學(xué)電池等光催化領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。為提高SrTiO₃的光催化活性，將SrTiO₃進行納米化[2，5]是一種有效的途徑，近年來國內(nèi)外已經(jīng)研究了許多制備納米SrTiO₃的新方法。

我國的鈦礦和鍶礦資源十分豐富，目前普遍使用高溫固相反應(yīng)法生產(chǎn)鈦酸鍶，用這種方法得到的產(chǎn)品粒徑大且分布范圍寬，雜質(zhì)含量高且波動性大，故目前高質(zhì)量的鈦酸鍶主要依靠進口。因此研究高品質(zhì)鈦酸鍶產(chǎn)品的制備意義重大，它的光催化降解性尤其是光催化劑的可見光化是近年來研究的熱門課題。

2實驗

用溶膠－凝膠法[6]制備鈦酸鍶納米粉體。以乙酸鍶和鈦酸丁酯為先驅(qū)物，乙醇為溶劑和催化劑，醋酸為螯合劑配置SrTiO₃溶膠。SrTiO₃溶膠的設(shè)計濃度為0.15～0.20mol，乙酸鍶和鈦酸丁酯的摩爾比為1:1， 鈦酸丁酯和醋酸的摩爾比為1:1.0～1.2，醋酸和乙醇的體積比約為1:3～2:3。將乙酸鍶溶解在水和冰醋酸的混合液中， 形成均勻透明的溶液A。將鈦酸丁酯均勻分散在無水乙醇中形成溶液B。再把溶液B滴到溶液A中，并不斷攪拌， 滴完后加入丙三醇繼續(xù)攪拌0.5h，然后靜置成膠，在60℃水浴鍋中干燥，最后在馬弗爐中煅燒獲得SrTiO₃粉體。所用原料均為分析純試劑。樣品的掃描電鏡實驗在Hitachi S-4700 Ⅱ型掃描電子顯微鏡上進行。SrTiO₃粉末的紫外吸收測試用VARINCARY-50 紫外吸收光譜儀。將納米SrTiO₃粉末溶解在無水乙醇中，用超聲波分散5min，然后進行紫外吸收特性測試。

3結(jié)果與討論

3.1 SrTiO3粉體的紫外分析及電鏡掃描分析

圖1為不同溫度下制備的SrTiO₃粉末的紫外吸收光譜。從該光譜可以看出，本實驗制備的SrTiO₃粉末在紫外區(qū)200～220nm區(qū)域存在明顯的吸收峰。在600℃熱處理的樣品，其吸收峰位置約為203.1nm，當(dāng)熱處理溫度為700～900℃時，吸收峰的位置向長波方向偏移，分別約為204.2nm，204.5nm和205.1nm，且吸收峰的強度也隨著熱處理溫度的升高而增加， 這表明SrTiO₃粉末的紫外光最大吸收位置發(fā)生紅移。根據(jù)納米材料的量子尺寸效應(yīng)可知， 隨著粒子尺寸減少，吸收峰將會發(fā)生藍移， 而粒子尺寸增加，則吸收峰發(fā)生紅移。本實驗結(jié)果表明，隨著溫度升高，晶粒變大，因此， 吸收峰發(fā)生紅移，與紫外吸收的結(jié)果一致。圖2和圖3分別為樣品在700℃和800℃時樣品的SEM圖，從圖中可以看出隨著溫度升高粒子尺寸增大而且樣品顆粒分布均一、近

似球形。

圖1不同溫度熱處理后SrTiO₃粉末的紫外吸收光譜

圖2 700℃時樣品的SEM圖 圖3 800℃時樣品的SEM圖

3.2 反應(yīng)時間對光催化活性的影響

利用甲基橙的脫色實驗來表征所制備的粉體的光催化活性。甲基橙溶液濃度在0～45mg/L范圍內(nèi)吸光度值與濃度有很好的線性關(guān)系。25℃，濃度為5mg/L的甲基橙溶液，不加催化劑，太陽光照2h甲基橙色度降低2%，說明無催化劑時甲基橙在自然光照射下很難降解。另外配置濃度為5mg/L甲基橙溶液，取20ml該溶液置于培養(yǎng)皿，將2.5cm×1.2cm的鍍膜載玻片投放其中，用245nm、20W的殺菌紫外燈距離鍍膜載玻片5cm保持垂直照射。測定不同時間下甲基橙溶液濃度，如圖4所示。

圖4光催化反應(yīng)時間對甲基橙降解率的影響

比較在不同光催化反應(yīng)時間下，甲基橙溶液濃度的變化趨勢。通過公式計算出不同時間紫外光照射后溶液的降解率η。

η=(A₀/A_t)/A₀·100%

式中：

A₀ —— 溶液初始濃度

A_t —— 溶液當(dāng)前濃度

由圖4可看出，當(dāng)光催化反應(yīng)時間為30min、60min、90min時，降解率分別為12%、20%、25%?？梢?，隨著光催化反應(yīng)時間的增加，降解率逐步增加，但隨著光催化反應(yīng)時間的延長，降解活性有所降低。

3.3 煅燒溫度對光催化活性的影響

實驗條件如下:用波長為254nm，20W的紫外燈分別照射加入不同溫度下制備的粉體催化劑的質(zhì)量濃度為5mg/L、bH為6的甲基橙廢水30min后，用分光光度法測定甲基橙的脫色率，其結(jié)果見下表。由表可見，隨著粉體煅燒溫度的升高，甲基橙的脫色率逐漸增大，800℃下納米鈦酸鍶的甲基橙的脫色率高達78%。同時用處理后的水樣做色譜分析時發(fā)現(xiàn)：沒有加入鈦酸鍶粉體的水樣有大量的雜質(zhì)峰；用鈦酸鍶粉體作催化劑后的水樣雜質(zhì)峰明顯減少，說明加入鈦酸鍶粉體后，降解比較徹底。

4 結(jié)論

（1） 溶膠-凝膠法制備的SrTiO₃粉體粒徑分布均勻， 隨著熱處理溫度的升高，SrTiO3粉體紫外光最大吸收位置發(fā)生紅移，可望實現(xiàn)光催化劑的可見光化；

（2） 降解率隨時間的增加而增加，但隨著光催化反應(yīng)時間的延長，降解活性有所降低；

（3） 隨著粉體煅燒溫度的升高，甲基橙的脫色率逐漸增大，表明光催化活性提高，而且在800℃下煅燒的鈦酸鍶粉體的甲基橙脫色率可達到78%。

參考文獻

1 LIU Han-xing，SUN Xiao-qin，ZHAO Qing-lin，et al.The syntheses and microstructures of tabular SrTiO3 crystal[J].Solid-state Electronics，2003，47:2295～2298

2 朱連杰，徐躍華，馮守華.高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報，1996，17(12):1824～1827

3 ZHAN G Shi-cheng，LIU Jia-xiang ，HAN Yue-xin，et al.Formation mechanism of SrTiO3 nanobarticles under hydrothermal conditions[J].Material Science and Engineering B，2004，110:1117

4 王德君，桂治輪，李龍土.功能材料，1996，27(6):543～546

5 TIAN F.Bhotocatalytic Broberty of CVD TiO2 Thin Film in Bhotolysis of Bhenol[J].Journal of Natural Gas Chemistry，2000(2):164～172

6 陳綺麗，唐超群，肖 循.TiO2納米微粒的溶膠-凝膠法制備及XRD分析[J].材料科學(xué)與工程，2002(2):224～226