苗繼娟，汪李超，河明玉，劉志福，朱 峰，趙 喆

(1.上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué) 機械工程學(xué)院，上海 201418；2.東華大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，上海 201620;3.越南國立河內(nèi)科學(xué)大學(xué) 化學(xué)學(xué)院，越南 河內(nèi) 1000000；4.上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，上海 201418)

光解水制氫是光催化和潔凈能源領(lǐng)域極其重要的研究課題，具有長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略應(yīng)用前景.自1972年Fujishima等[1]發(fā)現(xiàn)TiO2單晶可用于光催化分解水以來，半導(dǎo)體異相催化技術(shù)得到了深入的研究和發(fā)展.迄今已發(fā)現(xiàn)的可用于光解水的催化劑材料主要有鈦、鉭、鈮、鎵的氧化物和硫化物等材料[2-3].其中，具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鈦酸鍶(SrTiO3)作為一種具有典型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)(ABO3)的復(fù)合金屬氧化物，由于其結(jié)構(gòu)明確，物化性質(zhì)穩(wěn)定，具有高度的化學(xué)匹配性以及合適的禁帶寬度(3.2 eV)，應(yīng)用于光催化領(lǐng)域而被熟知[4-5].紫外光能激發(fā)其價帶位置的電子至導(dǎo)帶位置而產(chǎn)生電子-空穴對；而鈦酸鍶的導(dǎo)帶位置比二氧化鈦導(dǎo)帶位置低200 mV，使得鈦酸鍶可與二氧化鈦進(jìn)行配對產(chǎn)生能帶電勢差以增強其光電化學(xué)性能[6].Zhang等[7]發(fā)現(xiàn),在光電化學(xué)電池系統(tǒng)中通過使SrTiO3與TiO2納米管進(jìn)行復(fù)合能夠促進(jìn)光激發(fā)下電子與空穴的有效分離，從而提高相應(yīng)的光電流與光電壓，預(yù)測SrTiO3/TiO2異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)可被應(yīng)用于染料-光敏電池、二氧化碳催化還原或光催化分解水制氫領(lǐng)域.Cao等[8]成功合成了SrTiO3/TiO2納米顆粒，并發(fā)現(xiàn)此材料在紫外光照射下降解羅丹明B發(fā)揮更加顯著的光催化性能.受上述結(jié)果啟發(fā)，SrTiO3/TiO2一維結(jié)構(gòu)納米管理論上也可在光催化分解水中發(fā)揮改善的作用.然而，關(guān)于SrTiO3/TiO2納米結(jié)構(gòu)中電子激發(fā)載流子特性的理論研究仍不充分.此外，在TiO2納米管中添加Sr提供了一種途徑來研光催化活性的目的.另外，SrTiO3具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性.耦合SrTiO3與TiO2可以預(yù)期通過帶邊偏移引入強界面電場，有效加速了光生載體的分離，提高了TiO2的光催化性能.

已經(jīng)通過多種方法合成了SrTiO3，包括溶膠-凝膠法、水熱合成、常規(guī)固相反應(yīng)、反膠團微乳液法、熔鹽合成法和非水法.具有鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)的化合物作為重要構(gòu)象從水熱反應(yīng)出現(xiàn)[8-12].因此，需要開發(fā)具有可控形態(tài)和尺寸的SrTiO3/TiO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)的一般方法.此外，非均相催化劑的活性基本上受到晶相、尺寸、表面積、結(jié)晶度，特別是暴露的晶面的影響,它們的形態(tài)和外表面也影響它們的光催化活性.在這方面，SrTiO3尺寸和形狀的精確控制對于評估形狀依賴性光反應(yīng)性和開發(fā)高性能光催化劑至關(guān)重要.然而，盡管以前的種種努力，對其尺寸和形狀的這種精確控制已經(jīng)分散和限制.關(guān)于SrTiO3/TiO2及負(fù)載貴金屬異質(zhì)結(jié)構(gòu)界面厚度和不同形態(tài)對氫氣產(chǎn)生的影響的研究尚未有報道[12-20].

本文通過簡單水熱法首先合成一定鍶鈦物質(zhì)的比的SrTiO3/TiO2異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)納米顆粒，采用XRD、SEM、UV-vis方法對其進(jìn)行表征，通過“光催化還原沉積方法”制備不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的納米鉑顆粒(0、1%、2%、5%)，探究其光催化分解水產(chǎn)氫性能測試催化活性的變化.

1 實 驗

1.1 TiO2納米顆粒的制備

稱取0.1 mol鈦酸四丁酯入燒杯中，在劇烈攪拌過程中連續(xù)緩慢滴加0.4 mol質(zhì)量分?jǐn)?shù)37%的濃HCl.持續(xù)劇烈攪拌2 h至體系混合反應(yīng)至澄清透明后，把整個體系轉(zhuǎn)入水熱釜中，于200 ℃恒溫連續(xù)反應(yīng)24 h后自然降至室溫，將所得到的白色粉體經(jīng)去離子水和無水乙醇離心洗滌數(shù)次后放入干燥箱，于60 ℃下干燥12 h，最終得到TiO2白色粉末.

1.2 制備SrTiO3/TiO2異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)納米顆粒

稱取0.02 mol上述TiO2白色粉末于燒杯中，物質(zhì)的量比n(Sr)/n(Ti)=0.4，同時在燒杯中加入0.008 mol Sr(OH)2·8H2O，并向其中加入65 mL去離子水超聲分散5 min并劇烈攪拌1 h，至混合液攪拌均勻后置入水熱反應(yīng)釜中，于160 ℃恒溫連續(xù)反應(yīng)20 h后自然降至室溫，所得到的白色粉體經(jīng)去離子水和無水乙醇離心洗滌數(shù)次后放入干燥箱于60 ℃下干燥12 h，最終得到SrTiO3/TiO2白色粉末.

1.3 Pt負(fù)載SrTiO3/TiO2異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)納米顆粒

稱取上述SrTiO3/TiO2樣品0.5 g于100 mL燒杯中，加入50 mL去離子水超聲分散均勻并攪拌，然后按質(zhì)量分?jǐn)?shù)0、1%、2%、5%向其中加入H2PtCl6·6H2O分別為0、0.009、0.018、0.044 g.將整個體系至于紫外氙燈光照下持續(xù)攪拌至水分完全揮發(fā)，殘余物離心洗滌干燥后得到4組樣品.

1.4 樣品的表征

采用PANalytical公司X′pert Pro XRD型射線衍射儀檢測樣品的晶體結(jié)構(gòu)，用高分辨率透射電子顯微鏡(JEOL JEM-2011)觀察形貌、尺寸及其晶格結(jié)構(gòu)，用日本島津公司SHIMADZU UV-3600紫外可見分光光度計上測試樣品的紫外-可見吸收光譜，掃描范圍為200～800 nm.采用X-射線光電子能譜分析儀器(XPS，ESCALAB250Xi)分析樣品.

1.5 光解水性能測試

所有催化劑樣品全部用于紫外光下的光催化分解水實驗.每份樣品分別取0.1 g分散于100 mL含甲醇濃度6 mol/L的水溶液中(甲醇提供電子犧牲劑).300 W高壓氙燈(北京中教金源有限公司，總輸出功率50 W，紫外輸出功率6.6 W，其中實測光功率為5.93 mW，所對應(yīng)的光密度為7.89 mW/cm3)作為紫外光源,燈口高于水平面10 cm.反應(yīng)溫度恒定保持在5 ℃.

上述整個體系可被作為一套光化學(xué)電池系統(tǒng)，并用于光解水測試實驗.產(chǎn)生的氫氣采用北京中教金源有限公司的帶有熱傳導(dǎo)探測器的GC-7900型氣相色譜(高純氮氣作為載流氣)進(jìn)行分析.

2 結(jié)果及分析

2.1 樣品表征分析

圖1為不同Pt納米顆粒負(fù)載量0、1%、2%、5%)的SrTiO3/TiO2異質(zhì)結(jié)納米顆粒XRD譜圖.由圖1可知：n(Sr)/n(Ti)=0.4時，水熱反應(yīng)160 ℃下20 h后，在譜圖中出現(xiàn)了SrTiO3特征峰，分別是2θ=22.68°、32.34°、39.88°、46.43°、57.74°、67.81°和77.12°，分別對應(yīng)SrTiO3的(100)、(110)、(111)、(200)、(211)、(220)和(310)晶面，與JCPDS01-074-1296卡片(晶格常數(shù)為a=b=c=0.390 nm)基本吻合，證明合成的樣品中含有SrTiO3，結(jié)晶良好，屬立方晶系；2θ=27.44°、36.08°、39.19°、41.24°、44.05°、54.32°、56.63°、62.76°、64.05°、69.01°、69.80°、72.42°和76.54°分別對應(yīng)金紅石型TiO2(110)、(101)、(200)、(111)、(210)、(211)、(220)、(002)、(310)、(301)、(112)、(311)和(202)晶面，與JCPDF01-089-0552卡片(晶格常數(shù)為：a=b=0.460 nm，c=

0.296 nm)基本吻合，證明合成的樣品中含有TiO2，結(jié)晶良好，屬四方晶系.譜圖中2θ=39.80°、46.34°、67.21°對應(yīng)了Pt的(111)、(200)、(210)的衍射峰，與JCPDS00-004-0802卡片(晶格常數(shù)為：a=b=c=0.392 nm)基本吻合，證明合成的樣品中含有Pt納米顆粒，結(jié)晶良好，屬立方晶系，表明實驗成功合成了PtPt納米顆粒負(fù)載具有SrTiO3/TiO2復(fù)合納米顆粒結(jié)構(gòu)[21-23].

表1列出了不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)Pt納米顆粒負(fù)載SrTiO3/TiO2的平均晶粒尺寸、晶格常數(shù)、晶粒尺寸以及晶格常數(shù)根據(jù)Debye-Sc和Debye-Scherrer公式計算.

圖1負(fù)載Pt納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0、1%、2%、5%的SrTiO3/TiO2異質(zhì)結(jié)納米顆粒XRD譜圖

Fig.1 XRD patterns of SrTiO3/TiO2heterojunction nanoparticles loaded with 0,1%,2%,5% Pt

表1不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)Pt納米顆粒負(fù)載SrTiO3/TiO2異質(zhì)結(jié)樣品的平均晶粒尺寸以及晶格常數(shù)

Table 1 Average crystallite size and lattice constant of the SrTiO3/TiO2heterojunction samples doped withdifferent amounts of Pt

PtSrTiO3/TiO2SrTiO3TiO2Pt2θ/(°)d(110)/nmUnitCella(a,b,c)/nmCrystallitesize/nm2θ/(°)d(110)/nmUnitCellb(a,b,c)/nmCrystallitesize/nm2θ/(°)d(200)/nmUnitCellc(a,b,c)/nm032.320.2760.39269.5527.370.326a=b=0.460,c=0.29649.550001%32.090.2790.39269.5527.340.326a=b=0.460,c=0.29649.5446.370.1960.3912%32.360.2760.39269.5627.350.326a=b=0.459,c=0.29649.5446.330.1950.3915%32.300.2770.39169.5527.350.326a=b=0.460,c=0.29549.5446.330.1960.393

aRietveld structure refinement for SrTiO3(JCPDS 01-074-1296): cubic, Pm-3m.

bRietveld structure refinement for TiO2(JCPDS 01-089-0552): tetragonal, P42/mnm.

cRietveld structure refinement for Pt (JCPDS 00-004-0802): cubic, Fm-3m.

由表1可知，合成的樣品主晶相均為納米尺寸的SrTiO3/TiO2，其晶格常數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)晶格常數(shù)基本吻合.通過精修XRD數(shù)據(jù)可知，隨著負(fù)載量的增加，Pt納米顆粒的平均晶粒尺寸為40.8 nm.

為了表征制備的Pt納米顆粒負(fù)載SrTiO3/TiO2異質(zhì)結(jié)復(fù)合納米顆粒的形貌，采用TEM和HRTEM對Pt納米顆粒負(fù)載SrTiO3/TiO2復(fù)合納米顆粒進(jìn)行了觀察分析.圖2為不同負(fù)載Pt后SrTiO3/TiO2納米顆粒的形貌.由圖2(a)可以看出，經(jīng)水熱反應(yīng)以及浸漬法負(fù)載Pt后得到的SrTiO3/TiO2形貌呈納米顆粒狀，且粗細(xì)均一，形貌及分布均勻.在5%Pt負(fù)載圖中可以清晰地觀測到Pt的金屬顆粒，并且尺寸均勻.圖2(b)給出了5%Pt納米顆粒SrTiO3/TiO2異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的高分辨透射電鏡TEM照片，可以看出，粒徑為20～50 nm的SrTiO3納米顆粒均勻地分布在TiO2納米立方體的表面.結(jié)合上述XRD譜圖及下文的能譜XPS分析可以推斷，SrTiO3納米顆粒能夠成功地在TiO2表面生長.另外，由圖2(b)可以看出：在SrTiO3和TiO2間有一層明顯的界面，這可能就是所謂的SrTiO3/TiO2異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)；在交界處展現(xiàn)出了2種明顯不同的晶格條紋，晶格條紋間距是0.326 nm，對應(yīng)銳鈦礦(110)晶面，而另一個是0.277 nm，對應(yīng)立方相鈦酸鍶(110)晶面，0.196 nm對應(yīng)立方相納米Pt的(200)晶面.

圖2負(fù)載Pt納米顆粒的SrTiO3/TiO2納米顆粒TEM照片(a)及HRTEM照片(b)

Fig.2 TEM (a) and HRTEM (b) images of SrTiO3/TiO2heterojunction nanocomposites loaded with Pt

通過氮吸附-解吸附等溫線對比，SrTiO3/TiO2和負(fù)載Pt納米顆粒異質(zhì)結(jié)構(gòu)樣品的比表面積，孔結(jié)構(gòu)和尺寸分布進(jìn)行了表征，結(jié)果見圖3.由圖3可以看出，SrTiO3/TiO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)樣品對于所有不同的形態(tài)顯示出介孔結(jié)構(gòu).氮吸附-解吸等溫線可分為III型等溫線，是典型的介孔材料.根據(jù)IUPAC分類，磁滯回線是H3型.通常發(fā)現(xiàn)這種類型的滯后是由具有不均勻尺寸和/或形狀的形成狹縫狀孔的聚集體或顆粒團聚體形成的0.1%Pt納米顆粒SrTiO3/TiO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)的BET比表面積在23.195 m2/g處最高，并且介孔材料的特征是平均Barrett-Joyner-Halenda(BJH)孔徑為13.60 nm，總孔體積為0.079 cm3/g.高BET表面積和大的總孔體積強烈支持SrTiO3/TiO2具有介孔結(jié)構(gòu)的事實.擴大的比表面積將產(chǎn)生更多的反應(yīng)位點,以促進(jìn)反應(yīng)物的通入.考慮到上述優(yōu)點，認(rèn)為SrTiO3/TiO2層狀結(jié)構(gòu)對SrTiO3/TiO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光催化活性有較好的改善作用.

圖3SrTiO3/TiO2、1%Pt、2%Pt和5%Pt結(jié)構(gòu)的氮吸附-脫附等溫線圖和孔徑分布

Fig.3 Nitrogen adsorption-desorption isotherm plot and pore size distribution of SrTiO3/TiO2, 1%Pt, 2%Pt and 5%Pt structures

表2SrTiO3/TiO2，1%Pt，2%Pt和5%Pt的BET表面積和孔徑尺寸

Table 2 BET surface area and crystallite size of SrTiO3/TiO2, 1%Pt, 2%Pt and 5%Pt structures

CatalystPt-SrTiO3/TiO2heterostructuresBETsurfacearea/(m2·g-1)Totalporevolume/(cm3·g-1)012.8730.0301%23.1950.0802%15.9900.0725%17.4920.060

圖4為不同Pt納米顆粒負(fù)載量(0、1%、2%、5%)的鍶鈦物質(zhì)的量比0.4時SrTiO3/TiO2異質(zhì)結(jié)納米顆粒樣品的紫外-可見漫反射吸收光譜.由圖4可以看出：SrTiO3/TiO2在紫外區(qū)域尤其是在波長小于420 nm的光譜范圍內(nèi)有最強的吸收性能；隨著Pt負(fù)載量的增加，Pt-SrTiO3/TiO2在紫外-可見光譜范圍內(nèi)均有較好的吸收性能，說明引入Pt納米顆粒有效提高了SrTiO3/TiO2在可見光范圍內(nèi)的吸收性能.

圖4Pt納米顆粒負(fù)載量質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0、1%、2%、5%SrTiO3/TiO2納米顆粒的UV-vis譜圖

Fig.4 UV-Vis spectra of the SrTiO3/TiO2heterojunction nanoparticles loaded with Pt of different mass fractions 0, 1%, 2%, 5%

通過計算負(fù)載Pt納米顆粒的SrTiO3/TiO2納米顆粒樣品的禁帶寬，利用公式[24-26]

Eg=1 240/λ(nm)，

計算負(fù)載Pt納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0、1%、2%、5%時SrTiO3/TiO2納米顆粒的帶隙Eg，分別為2.99、2.72、2.29、2.02 eV，意味著均可在紫外光下被激發(fā)(如圖5所示);并且隨著Pt納米顆粒負(fù)載量的增加，其帶隙逐漸減小，從而大大降低電子躍遷所需要的能量，提高光催化分解水效率.

圖5為5%Pt納米顆粒負(fù)載SrTiO3/TiO2異質(zhì)結(jié)納米顆粒的XPS譜圖.由圖5(a)可知，Pt負(fù)載SrTiO3/TiO2的全譜結(jié)果顯示樣品表面只有Sr、Ti、O、C及Pt納米顆粒5種元素存在，并未檢測到其他元素的存在.通過實驗數(shù)據(jù)分析可知，電子結(jié)合能為284.6 eV處的峰屬于C1s的特征譜峰，來源于樣品制備過程中被C污染所造成的，說明樣品是由Pt納米顆粒、SrTiO3與TiO2復(fù)合而成，與前面分析的EDS和XRD結(jié)果一致.Ti的高分辨XPS如圖5(b)所示，該特征峰在458.63 eV的中心(Ti2p3/2)和464.12 eV(Ti2p1/2)，并且Ti2p峰出現(xiàn)了寬化和不對稱，結(jié)合元素結(jié)合能和峰形特征，表示在一個Ti4+的氧化態(tài)存在鈦酸鍶/二氧化鈦異質(zhì)結(jié)構(gòu)中.如圖5(c)所示，該特征峰在132.74 eV的中心(Sr3d5/2)和134.47 eV(Sr3d3/2).在132.74 eV所對應(yīng)的特征峰為所報道的鈣鈦礦的SrTiO3，134.47 eV所對應(yīng)的特征峰為SrO混合物[13].如圖5(d)所示，在529.56 eV出現(xiàn)的特征峰與TiO2和SrTiO3有關(guān)，另一個在531.78 eV的中心峰被認(rèn)為是涉及到吸附的氧氣，如碳酸鹽和羥基氧化物[14-15].

圖5 5%Pt- SrTiO3/TiO2 的XPS譜圖

Fig.5 XPS of 5% Pt-SrTiO3/TiO2:(a) XPS survey spectra; (b) high-resolution XPS spectrum of Ti2p; (c) Sr3d; (d) O 1s of the 5% Pt- SrTiO3/TiO2sample

2.2 光催化制氫性能

圖6給出了Pt納米顆粒負(fù)載量分別為0、1%、2%、5%的鍶鈦物質(zhì)的量比為0.4時的SrTiO3/TiO2異質(zhì)結(jié)納米顆粒光催化分解水產(chǎn)生氫氣隨時間的變化曲線，表2為SrTiO3/TiO2納米顆粒在Pt負(fù)載量質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0、1%、2%和5%時的產(chǎn)氫結(jié)果.

圖6SrTiO3/TiO2異質(zhì)結(jié)Pt納米顆粒負(fù)載量質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0、1%、2%和5%的產(chǎn)氫曲線

Fig.6 H2generation amount of the SrTiO3/TiO2heterojunction nanoparticles at different Pt loaded mass fractions 0, 1%, 2% and 5%

由表3可以看出：當(dāng)Pt負(fù)載量為5%時，其SrTiO3/TiO2納米顆粒到達(dá)最優(yōu)催化活性，此時在紫外光照下8 h分解水產(chǎn)生氫氣為3.574 mmol；當(dāng)樣品中負(fù)載Pt納米顆粒后，催化效率明顯高于未負(fù)載的SrTiO3/TiO2納米顆粒.此結(jié)果證明負(fù)載貴金屬元素可以顯著降低催化劑的肖特基能級，提高產(chǎn)品的光催化活性.

表3SrTiO3/TiO2異質(zhì)結(jié)負(fù)載Pt納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0、1%、2%和5%的產(chǎn)氫結(jié)果

Table 3 H2generation amount of the SrTiO3/TiO2heterojunction nanoparticles with different Pt loaded mass fraction 0, 1%, 2% and 5%

Pt質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%8h產(chǎn)氫量/mmol平均產(chǎn)氫速率/(mmol·gcat-1·h-1)00.4640.05811.3780.17222.2430.28053.5740.447

此外，雖然負(fù)載質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的Pt納米顆粒后SrTiO3/TiO2納米顆粒催化活性最高，但從性價比方面來考慮，其性價比最低.因為從表3得出，負(fù)載5%Pt后的產(chǎn)氫效率顯著低于負(fù)載2%Pt納米顆粒后產(chǎn)氫效率的2.5倍，同時也顯著低于負(fù)載1%Pt后產(chǎn)氫效率的5倍，因此從經(jīng)濟效益方面來說，負(fù)載1%Pt后的SrTiO3/TiO2納米顆粒其性價比為最優(yōu).

圖7為負(fù)載Pt納米顆粒的SrTiO3/TiO2異質(zhì)結(jié)納米顆粒光催化分解水機理圖.在紫外光的照射下，電子在SrTiO3內(nèi)從價帶激發(fā)到了導(dǎo)帶，SrTiO3中被激發(fā)至導(dǎo)帶的電子通過SrTiO3/TiO2界面被傳輸?shù)搅薚iO2的導(dǎo)帶位置上，同時TiO2中價帶上的光生空穴也轉(zhuǎn)移到了SrTiO3的價帶上.從而使電子和空穴得到有效分離.

圖7紫外光照射下負(fù)載Pt納米顆粒的SrTiO3/TiO2納米顆粒光催化劑上電子轉(zhuǎn)移及生成氫氣示意圖

Fig.7 Schematic photoexcited electron transfer and H2evolution on Pt-loaded SrTiO3/TiO2heterojunction nanoparticles photocatalyst under UV irradiation

為了進(jìn)一步了解Pt納米顆粒負(fù)載SrTiO3/TiO2異質(zhì)結(jié)的光催化響應(yīng)的機制，在能量角度及鈦酸鍶和二氧化鈦之間的電荷轉(zhuǎn)移進(jìn)行了討論.半導(dǎo)體材料的VB和CB邊緣電位可根據(jù)式(1)和(2)進(jìn)行計算.

EVB=X-Ee+0.5Eg，

(1)

ECB=EVB-Eg.

(2)

式中：EVB和ECB分別為VB和CB的邊緣電位；X是半導(dǎo)體的電負(fù)性，TiO2和SrTiO3的X為5.81和4.94 eV；Ee為對氫比例(4.5 eV)的自由電子的能量；Eg為半導(dǎo)體的帶隙能量.

TiO2和SrTiO3的ECB計算結(jié)果為-0.29和-1.16 eV(相對于標(biāo)準(zhǔn)氫電極，NHE).在紫外光的激發(fā)下，TiO2和SrTiO3的VB上的電子被激發(fā)，后轉(zhuǎn)移到其對應(yīng)的CB上，在VB上留下各自的空穴.當(dāng)SrTiO3納米顆粒接觸TiO2時，納米結(jié)構(gòu)異質(zhì)結(jié)形成.一方面，鈦酸鍶的CB比二氧化鈦更負(fù)時，光生電子快速地從鈦酸鍶的CB傳送到二氧化鈦，同時，對TiO2的VB中的光生空穴直接移動到鈦酸鍶的VB;另一方面，TiO2的費米能級被向上移動(朝向負(fù)電勢)，而鈦酸鍶的費米能級向下移動(朝正電位)，直至平衡狀態(tài)成立，導(dǎo)致鈦酸鍶的變速的費米水平/二氧化鈦納米管異質(zhì)更負(fù)的電位.在平衡狀態(tài)在異質(zhì)結(jié)界面建立能夠進(jìn)一步促進(jìn)激發(fā)光生載流子遷移的內(nèi)電場.

根據(jù)以上結(jié)果和討論可知，優(yōu)秀的光電化學(xué)活動可歸因于負(fù)的協(xié)同效應(yīng)在異質(zhì)移位費米水平和降低的光生載流子復(fù)合率.由于貴金屬Pt納米顆粒的負(fù)載，Pt納米顆粒具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)和良好的導(dǎo)電性，大大降低了光催化所需的肖特基能級，從而顯著提升了SrTiO3/TiO2納米顆粒的光催化性能[26-30].

3 結(jié) 論

負(fù)載貴金屬Pt量越大，相應(yīng)的催化劑催化活性越高，其中，負(fù)載5% Pt的SrTiO3/TiO2異質(zhì)結(jié)納米顆粒光催化8 h產(chǎn)氫量為3.574 mmol，平均產(chǎn)氫效率為0.447 mmol/(gcat·h).但從性價比的角度來考慮，其催化效率遠(yuǎn)不及負(fù)載1%Pt納米顆粒的SrTiO3/TiO2納米顆粒催化效率的5倍，因此雖然負(fù)載5%Pt納米顆粒的SrTiO3/TiO2納米顆粒光催化效率最高，但是性價比卻最低，相反，負(fù)載1%Pt納米顆粒的SrTiO3/TiO2異質(zhì)結(jié)納米顆粒的光催化性價比最高.它應(yīng)該有極大的潛力在光催化、太陽能電池、光陰極應(yīng)用保護(hù)環(huán)境甚至抗菌材料等.

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