聚丙烯酰胺凝胶法合成TbFeO_3纳米颗粒及其可见光催化活性
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关键 词 Ｔ Ｆ Ｏ ；纳 米 颗 粒 ；聚丙 烯 酰胺 凝胶 法 ； 合 剂 ；光 催 化 活 性 ｂ ｅ 络 ０４ ６８ 文献标识码 Ａ Ｄ Ｉ ０ ３ ６／ ． ｓ ．２ １０９ ．０ ２０ ．３ Ｏ ：１ ．９ ９ ｊｉ ｎ０ ５ －７ ０ ２ １ ．７０ ６ ｓ 中 图分 类 号
研 究 其 它新 型半 导体光 催化 剂 ．
钙钛 矿结 构氧 化物 因其 独特 的磁 、电特性 和 丰富 的微观 物 理机 制 ， 直 是材 料科 学 和凝 聚 态物 理 一 研 究 领 域 的 热 点 ．近 年 来 ，钙 钛 矿 氧 化 物 的光 催 化 性 能 引 起 了研 究 者 的 关 注 ，如 Ｂ Ｆ Ｏ ，ＢＹ ， ｉｅ ｉ Ｏ ， Ｌ Ｎ Ｏ ， ａ ｅ 和 Ｙ Ｏ ａ ｉ Ｌ Ｆ Ｏ Ｍｎ 等 ， 些氧 化物 的带 隙相 对较 小 ， 于 吸收可 见光 ， 这 适 是潜 在 的可见光催
当前 ， 境污染 和 能源危 机 日渐加 剧 ，已引起 了世 界 各 国政府 和科 学 家 的高 度重 视 ．半 导 体 光催 环
化技 术 在利 用太 阳能 降解 有机 污染 物和 分解 水制 氢方 面具有 广 泛 的应 用前 景 ， 被认 为是 解 决环 境 和能
源 问题 的理 想绿 色技 术 ¨ ．以 ＴＯ 为 代表 的钛 氧化 物是 备受关 注 的一类 光催化 剂 ， 有催 化效率 高 、 Ｊ ｉ 具
成 本低 、 理化 学性 质稳定 、 二次 污染 等特 点 ， 大 多数钛 氧化 物 的带 隙较 宽 ， 般 在 ３０ｅ 物 无 但 一 ． Ｖ左 右 ， 需要 在 波长较 短 的紫外 光 照射下 才 显示 出光催 化 活性 ，因此 ，太 阳能 的利用 率 不 高．为 了提 高太 阳能
的利用率 ， 人们对 Ｔ ｉ 催化剂进行了大量改性研究 Ｊ 以提高其可见光催化活性 ， Ｏ ， 同时也不断探索
Ｖ０ ． ３ １３
２１ ０ ２年 ７月
高 等 学 校 化 学 学 报
ＣＨＥＭＩ ＡＬＪ Ｃ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ Ｃ ＮＥ Ｅ ＵＮＩ ＲＳ Ｔ Ｅ ＨＩ Ｓ ＶＥ Ｉ Ｉ Ｓ
Ｎｏ ７ ．
１６ ５ ５～１ ７１ ５
聚 丙 烯 酰 胺 凝 胶 法 合 成 Ｔ Ｆ Ｏ 纳 米 颗 粒 ｂｅ３ 及 其 可 见 光 催 化 活 性
法¨ 和声 化学 法 ］ 但 这些 方法 制得 的颗 粒 形 貌 不规 整 ， 度 不 够 均匀 ．聚丙 烯 酰胺 凝 胶 法 埔 在 ， 粒ห้องสมุดไป่ตู้ 钙钛 矿 氧化 物纳 米颗 粒制 备方 面有 着独 特 的优势 ，不但 制得 的颗粒 均 匀 细小 ，呈 规则 的类球 形 ，而且 工艺 简 单 ， 复性好 ，易于 生产 ． 重
林 贯 军 ，杨 华 ，县 涛
（ 州 理 工 大 学 甘 肃 省 有 色 金 属 新 材 料 省 部 共 建 国家 重 点 实 验 室 ， 学 院 ， 州 ７０ ５ ） 兰 理 兰 ３ ００
摘要
采用 聚丙烯 酰胺凝 胶法制备了 Ｔ Ｆ Ｏ ｂ ｅ 纳米颗粒 ， 研究 了不 同络合剂对样 品 的纯度 、颗粒尺寸及 形貌
化 材料 ．Ｔ ＦＯ 是 一 种重要 的钙钛矿 型 正铁 氧体 ， 管人 们对 其 独 特 的磁行 为 （ ｂｅ 尽 如磁 场 或 温度 诱 导 自
旋 重取 向相 变 ） 进行 了大 量研 究 ¨ Ｊ 但 对 其 光 催 化 性 能研 究 较 少 ．影 响光 催 化 剂 活性 的 因素较 ，
Ｓ Ｍ 观 测 结 果 表 明 ，以酒 石 酸 为 络 合 剂 制 备 的颗 粒 细 小 、 匀 、 貌 规 整 、 球 状 ， 均 粒 径 约 为 ５ ｍ； Ｅ 均 形 呈 平 ０ｎ 以
柠檬酸为络合剂制备 的颗粒 主要 以近球 形为主 ， 颗粒 的尺寸分 布相对较宽 ，平均粒径约为 １０ｎ ０ ｍ；以 Ｅ Ｔ ＤＡ 为络合剂制备 的颗粒 主要呈椭球状 ， 颗粒 尺寸较 均匀 ，但颗粒 间存在 不 同程度 的黏 连现象 ，平均粒 径约 为 １０ｎ １ ｍ．这 ３种样 品的 Ｂ Ｔ比表面积分别 为 １． ，８３和 ６ ８ｍ ／ ．紫外 一 Ｅ ５４ ． ． ｇ 可见漫 反射 吸收光谱 研究 表 明， Ｔ Ｆ Ｏ 纳米颗 粒的带隙为 １９ ｂ ｅ ． ５—１９ Ｖ ．８ｅ ．分别 以甲基 橙（ ＭＯ） 、罗丹 明 Ｂ（ ｈ ） 亚 甲基蓝 （ Ｂ） 酸性 品 ＲＢ 、 Ｍ 、 红 （ Ｆ 和刚果 红（ Ｒ） Ａ ） Ｃ ５种有机染料 为 目标降解物 ， 考察 了 Ｔ Ｆ Ｏ ｂ ｅ 颗粒 的光催化 活性 ． 结果 表明， 在可见光 辐 照下颗粒表现 出良好的光催化活性 ，其中 ，以酒石酸 为络合剂制备 的样 品光催化效果最好 ．
多 ，除 了材料 本身 的物 理化 学特 性外 ， 观 结构 也 是 重要 影 响 因素 ，尤 其是 在 纳 米 尺度 下 ， 催 化剂 微 光 通 常表 现 出更为 优异 的催 化 活性 ． 目前 报 道 的 Ｔ ＦＯ ｂ ｅ 纳 米 颗 粒 的 制备 方 法 主要 有 传 统 的溶胶 一 胶 凝
的影 响．Ｘ Ｄ分析结果表明 ，以酒石 酸 、 Ｒ 柠檬酸或 乙二胺 四乙酸 （ Ｄ Ａ） Ｅ Ｔ 为络合剂 ， ６ ０℃下烧结 均可制 在 ５ 备 出单相 Ｔ Ｆ Ｏ 纳米颗粒 ， 产 物 的平 均 粒径 不 同；而 采用 乙酸 或草 酸为 络合剂 则难 以制得 纯相 样 品． ｂｅ 但
本 文采用 聚 丙烯 酰胺凝 胶法 制 备 了 Ｔ ＦＯ ｂｅ 纳 米 颗粒 ，系统 研 究 了不 同络 合 剂对 样 品 的纯度 、颗
收 稿 日期 ： ０ １０ － ． ２ １ －７２ ５ 基 金 项 目 ：国 家 自然 科 学 基 金 （ 准 号 ：５ ９２ ０ 、教 育 部 重 点 项 目 （ 准 号 ：２ ９ ３ 批 ０６ ０ ９） 批 ０ １０）、甘 肃 省 自 然 科 学 基 金 （ 准 号 批 １ １Ｒ Ｚ ０ １ 和 兰州 理 工 大 学 优 秀 青 年 基 金 （ 准 号 ： ２ ｏｏ ） 助 ． ００ ＪＡ４ ） 批 Ｑ ｏ９２ 资
研 究 其 它新 型半 导体光 催化 剂 ．
钙钛 矿结 构氧 化物 因其 独特 的磁 、电特性 和 丰富 的微观 物 理机 制 ， 直 是材 料科 学 和凝 聚 态物 理 一 研 究 领 域 的 热 点 ．近 年 来 ，钙 钛 矿 氧 化 物 的光 催 化 性 能 引 起 了研 究 者 的 关 注 ，如 Ｂ Ｆ Ｏ ，ＢＹ ， ｉｅ ｉ Ｏ ， Ｌ Ｎ Ｏ ， ａ ｅ 和 Ｙ Ｏ ａ ｉ Ｌ Ｆ Ｏ Ｍｎ 等 ， 些氧 化物 的带 隙相 对较 小 ， 于 吸收可 见光 ， 这 适 是潜 在 的可见光催
当前 ， 境污染 和 能源危 机 日渐加 剧 ，已引起 了世 界 各 国政府 和科 学 家 的高 度重 视 ．半 导 体 光催 环
化技 术 在利 用太 阳能 降解 有机 污染 物和 分解 水制 氢方 面具有 广 泛 的应 用前 景 ， 被认 为是 解 决环 境 和能
源 问题 的理 想绿 色技 术 ¨ ．以 ＴＯ 为 代表 的钛 氧化 物是 备受关 注 的一类 光催化 剂 ， 有催 化效率 高 、 Ｊ ｉ 具
成 本低 、 理化 学性 质稳定 、 二次 污染 等特 点 ， 大 多数钛 氧化 物 的带 隙较 宽 ， 般 在 ３０ｅ 物 无 但 一 ． Ｖ左 右 ， 需要 在 波长较 短 的紫外 光 照射下 才 显示 出光催 化 活性 ，因此 ，太 阳能 的利用 率 不 高．为 了提 高太 阳能
的利用率 ， 人们对 Ｔ ｉ 催化剂进行了大量改性研究 Ｊ 以提高其可见光催化活性 ， Ｏ ， 同时也不断探索
Ｖ０ ． ３ １３
２１ ０ ２年 ７月
高 等 学 校 化 学 学 报
ＣＨＥＭＩ ＡＬＪ Ｃ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ Ｃ ＮＥ Ｅ ＵＮＩ ＲＳ Ｔ Ｅ ＨＩ Ｓ ＶＥ Ｉ Ｉ Ｓ
Ｎｏ ７ ．
１６ ５ ５～１ ７１ ５
聚 丙 烯 酰 胺 凝 胶 法 合 成 Ｔ Ｆ Ｏ 纳 米 颗 粒 ｂｅ３ 及 其 可 见 光 催 化 活 性
法¨ 和声 化学 法 ］ 但 这些 方法 制得 的颗 粒 形 貌 不规 整 ， 度 不 够 均匀 ．聚丙 烯 酰胺 凝 胶 法 埔 在 ， 粒ห้องสมุดไป่ตู้ 钙钛 矿 氧化 物纳 米颗 粒制 备方 面有 着独 特 的优势 ，不但 制得 的颗粒 均 匀 细小 ，呈 规则 的类球 形 ，而且 工艺 简 单 ， 复性好 ，易于 生产 ． 重
林 贯 军 ，杨 华 ，县 涛
（ 州 理 工 大 学 甘 肃 省 有 色 金 属 新 材 料 省 部 共 建 国家 重 点 实 验 室 ， 学 院 ， 州 ７０ ５ ） 兰 理 兰 ３ ００
摘要
采用 聚丙烯 酰胺凝 胶法制备了 Ｔ Ｆ Ｏ ｂ ｅ 纳米颗粒 ， 研究 了不 同络合剂对样 品 的纯度 、颗粒尺寸及 形貌
化 材料 ．Ｔ ＦＯ 是 一 种重要 的钙钛矿 型 正铁 氧体 ， 管人 们对 其 独 特 的磁行 为 （ ｂｅ 尽 如磁 场 或 温度 诱 导 自
旋 重取 向相 变 ） 进行 了大 量研 究 ¨ Ｊ 但 对 其 光 催 化 性 能研 究 较 少 ．影 响光 催 化 剂 活性 的 因素较 ，
Ｓ Ｍ 观 测 结 果 表 明 ，以酒 石 酸 为 络 合 剂 制 备 的颗 粒 细 小 、 匀 、 貌 规 整 、 球 状 ， 均 粒 径 约 为 ５ ｍ； Ｅ 均 形 呈 平 ０ｎ 以
柠檬酸为络合剂制备 的颗粒 主要 以近球 形为主 ， 颗粒 的尺寸分 布相对较宽 ，平均粒径约为 １０ｎ ０ ｍ；以 Ｅ Ｔ ＤＡ 为络合剂制备 的颗粒 主要呈椭球状 ， 颗粒 尺寸较 均匀 ，但颗粒 间存在 不 同程度 的黏 连现象 ，平均粒 径约 为 １０ｎ １ ｍ．这 ３种样 品的 Ｂ Ｔ比表面积分别 为 １． ，８３和 ６ ８ｍ ／ ．紫外 一 Ｅ ５４ ． ． ｇ 可见漫 反射 吸收光谱 研究 表 明， Ｔ Ｆ Ｏ 纳米颗 粒的带隙为 １９ ｂ ｅ ． ５—１９ Ｖ ．８ｅ ．分别 以甲基 橙（ ＭＯ） 、罗丹 明 Ｂ（ ｈ ） 亚 甲基蓝 （ Ｂ） 酸性 品 ＲＢ 、 Ｍ 、 红 （ Ｆ 和刚果 红（ Ｒ） Ａ ） Ｃ ５种有机染料 为 目标降解物 ， 考察 了 Ｔ Ｆ Ｏ ｂ ｅ 颗粒 的光催化 活性 ． 结果 表明， 在可见光 辐 照下颗粒表现 出良好的光催化活性 ，其中 ，以酒石酸 为络合剂制备 的样 品光催化效果最好 ．
多 ，除 了材料 本身 的物 理化 学特 性外 ， 观 结构 也 是 重要 影 响 因素 ，尤 其是 在 纳 米 尺度 下 ， 催 化剂 微 光 通 常表 现 出更为 优异 的催 化 活性 ． 目前 报 道 的 Ｔ ＦＯ ｂ ｅ 纳 米 颗 粒 的 制备 方 法 主要 有 传 统 的溶胶 一 胶 凝
的影 响．Ｘ Ｄ分析结果表明 ，以酒石 酸 、 Ｒ 柠檬酸或 乙二胺 四乙酸 （ Ｄ Ａ） Ｅ Ｔ 为络合剂 ， ６ ０℃下烧结 均可制 在 ５ 备 出单相 Ｔ Ｆ Ｏ 纳米颗粒 ， 产 物 的平 均 粒径 不 同；而 采用 乙酸 或草 酸为 络合剂 则难 以制得 纯相 样 品． ｂｅ 但
本 文采用 聚 丙烯 酰胺凝 胶法 制 备 了 Ｔ ＦＯ ｂｅ 纳 米 颗粒 ，系统 研 究 了不 同络 合 剂对 样 品 的纯度 、颗
收 稿 日期 ： ０ １０ － ． ２ １ －７２ ５ 基 金 项 目 ：国 家 自然 科 学 基 金 （ 准 号 ：５ ９２ ０ 、教 育 部 重 点 项 目 （ 准 号 ：２ ９ ３ 批 ０６ ０ ９） 批 ０ １０）、甘 肃 省 自 然 科 学 基 金 （ 准 号 批 １ １Ｒ Ｚ ０ １ 和 兰州 理 工 大 学 优 秀 青 年 基 金 （ 准 号 ： ２ ｏｏ ） 助 ． ００ ＪＡ４ ） 批 Ｑ ｏ９２ 资