稀土正铁氧体钙钛矿改性二氧化钛纳米管：为可持续能源与环境解决方案助力光电催化进程

为解决 TiO2仅能被紫外线激发限制其光催化效率的问题，研究人员合成稀土正铁氧体改性 TiO2纳米管（REFeO3/TNT）复合材料。结果显示该材料提升了光吸收和抑制电荷复合能力，有潜力应对能源和环境挑战。

　　

在当今时代，能源与环境问题犹如两座大山，压在人类可持续发展的道路上。传统能源的日益枯竭，让全球陷入能源危机的阴霾；环境污染问题也愈发严峻，给生态系统和人类健康带来了巨大威胁。在这样的背景下，光催化技术作为一种绿色、可持续的技术，利用太阳能驱动各种化学反应，成为了科学界的研究热点，有望为这些难题提供解决方案。

二氧化钛（TiO₂）凭借其化学性质稳定、储量丰富等优势，在光催化领域备受瞩目。然而，它却存在一个明显的短板 —— 只能被紫外线（UV）激发，这使得基于 TiO₂的光催化剂在实际应用中效率大打折扣，无法充分利用太阳能中占比更大的可见光部分，极大地限制了其在经济高效的绿色应用中的发展。而且，以往对 TiO₂的研究大多集中在粉末形式，或者是将其沉积在 FTO 玻璃、钛膜上，对于将 TiO₂制备成纳米管并负载在多孔结构（如钛毡）上的研究还较少。为了突破这些限制，来自国外的研究人员开展了一项极具意义的研究。

研究人员通过阳极氧化和旋涂技术，成功合成了负载在钛板和多孔钛纤维毡上的稀土正铁氧体改性 TiO₂纳米管（REFeO₃/TNT）复合材料 。他们系统地研究了 REFeO₃钙钛矿中不同稀土元素（Gd、Eu、Sm、La、Tm）对基于 TNT 的光电极在氢气（H₂）析出、二氧化碳（CO₂）还原和苯酚降解等反应中性能的影响。该研究成果发表在《Applied Surface Science》上，为解决全球能源和环境问题提供了新的方向。

在研究过程中，研究人员采用了多种关键技术方法。首先，运用阳极氧化技术在钛箔和钛纤维毡基底上制备 TiO₂纳米管；接着，通过旋涂技术将 REFeO₃钙钛矿沉积在 TiO₂纳米管上；最后，利用扫描电子显微镜（SEM）对材料的结构和形貌进行表征分析。

研究结果如下：

• 结构和形貌表征：SEM 图像显示，制备的 REFeO₃钙钛矿结构形貌相似，呈类似变形球体且倾向于形成聚集体的结构，除 TmFeO₃外，其余颗粒尺寸大多≤100nm。这表明通过相同方法使用不同稀土金属盐制备的 REFeO₃，在形貌上具有一定的一致性。
• 光电催化性能：在光电化学甘油重整反应中，Pt/GdFeO₃/TiO₂/Ti FF 样品表现出最高的效率，能够产生 30.67μmol h^?1的 H₂ 。在 CO₂还原反应中，虽然没有检测到碳基产物，但 H₂的产量显著增加，Pt/GdFeO₃/TiO₂/Ti FF 样品产生了 97.46μmol h^?1的 H₂ 。这说明 REFeO₃改性后的 TiO₂纳米管复合材料在光电催化产氢方面具有优异的性能。

综合研究结果，研究人员成功制备了 REFeO₃/TNTs/Ti 复合材料，通过优化 TiO₂纳米管薄膜的制备条件，以及旋涂 REFeO₃钙钛矿，提高了样品的光催化活性。详细的结构、形貌和光学表征证实了 TiO₂纳米管的良好形成以及 REFeO₃钙钛矿的成功掺入，这种复合结构不仅增强了光吸收能力，还抑制了电荷复合。该研究结果凸显了混合光催化剂和钙钛矿改性 TiO₂材料在应对全球能源和环境挑战方面的巨大潜力，为开发更可持续的技术开辟了一条充满希望的道路。这意味着在未来，我们或许能够利用这些新型材料，更高效地利用太阳能，实现能源的转化与存储，同时解决环境污染问题，为人类创造一个更加清洁、可持续发展的未来。