高效的压电催化性能与BaTiO3/Zn2TiO4/ZnO复合材料的创新结构

《ChemistrySelect》：Efficient Piezoelectric Catalytic Performance and Innovative Construction of BaTiO3/Zn2TiO4/ZnO Composite

新型BaTiO3/Zn2TiO4/ZnO异质结构催化剂通过熔盐法制备，在900℃煅烧3小时后对甲基橙（MO）展现出高达98.78%的降解效率，连续循环四次后仍保持超过85%的稳定性。机理研究表明其压电催化性能与过硫酸盐（PMS）协同作用显著，通过超声激活产生硫酸根自由基（SO4?·）、羟基自由基（·OH）和超氧根自由基（·O2?），共同实现MO的完全矿化。

　　

摘要

通过熔盐法成功合成了一种新型的BaTiO₃/Zn₂TiO₄/ZnO异质结复合材料，并利用甲基橙（MO）作为目标污染物，评估了其压电催化性能在污染降解中的应用效果。经过900°C下煅烧3小时后，最优样品表现出卓越的催化活性，甲基橙的降解率高达98.78%。值得注意的是，即使经过四次连续循环使用，该催化剂的降解效率仍保持在85%以上，表明其具有良好的稳定性和可重复使用性。通过自由基捕获实验探讨了降解机制，发现硝酸银（AgNO₃）显著提高了降解效率，而乙二胺四乙酸二钠（EDTA-2Na）、甲醇（CH₃OH）和叔丁醇（TBA）在不同程度上抑制了反应。BaTiO₃/Zn₂TiO₄/ZnO体系的优异催化活性主要归因于其压电催化性能与过一硫酸盐（PMS）之间的强烈协同效应。在压电激活PMS进行甲基橙降解的过程中，羟基自由基（·OH）、硫酸根自由基（SO₄?·）和超氧阴离子（O₂?·）作为主要的活性氧物种，在反应中起主导作用。这些发现进一步阐明了BaTiO₃/Zn₂TiO₄/ZnO体系在甲基橙降解中的压电催化机制。

图形摘要

在超声波照射下，BaTiO₃/Zn₂TiO₄/ZnO催化剂能够协同激活过一硫酸盐（PMS）和环境中的氧气。这一过程产生了一系列活性物种，包括硫酸根自由基（SO₄·^?）和羟基自由基（·OH），以及超氧阴离子自由基（·O₂^?），这些物种共同作用将甲基橙（MO）降解为二氧化碳（CO₂）和水（H₂）。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。