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劉勁松/朱孔軍Nano Energy：半導(dǎo)體BaTiO3@C核-殼結(jié)構(gòu)提高壓電光催化性能

BaTiO₃（BT）是一種最經(jīng)典的壓電和鐵電材料，可以在機(jī)械應(yīng)變或應(yīng)力作用下通過晶體變形產(chǎn)生內(nèi)壓電勢，特別是對于非中心對稱四方相。BT與另一種半導(dǎo)體結(jié)合作為混合光催化劑是一種可用于環(huán)境修復(fù)的替代方法。然而，純BT由于其寬帶能隙（E_g>3.2 eV）而具有非常差的光催化性能，因此需要制備一種半導(dǎo)體BT，以在不結(jié)合其他半導(dǎo)體的情況下實現(xiàn)高壓電光催化性能。

基于此，南京航空航天大學(xué)劉勁松教授和朱孔軍教授（共同通訊作者）等人報道了通過葡萄糖輔助的一步水熱法成功制備了半導(dǎo)體BaTiO₃@C（BT@C）核-殼結(jié)構(gòu)。

通過表征發(fā)現(xiàn)，BT表面暴露的Ti⁴⁺在水熱合成過程中被葡萄糖還原為Ti³⁺，從而形成了大量的氧空位。同時過量的葡萄糖被碳化，碳積累在BT表面形成BT@C核-殼結(jié)構(gòu)，隨著葡萄糖濃度的增加，碳?xì)さ暮穸戎饾u增加。

此外，作者還研究了葡萄糖濃度對BT@C納米顆粒的相組成和形貌的影響。由于結(jié)合了半導(dǎo)體特性和壓電效應(yīng)，所制備的BT@C復(fù)合材料對羅丹明B表現(xiàn)出比原始BT更高的壓電光降解能力。

通過實驗測試發(fā)現(xiàn)，對比原始BT，所制備的BT@C復(fù)合材料對RhB表現(xiàn)出更高的壓電光降解能力，尤其是具有1.4 nm C殼的BT@C-0.01 M具有最高的壓電光催化活性，在模擬的陽光和超聲波同時照射下可在100 min內(nèi)完全降解。適當(dāng)厚度的C殼可以有效地將污染物分子吸附到反應(yīng)界面，增加反應(yīng)活性位點。較厚的C殼層可能會阻礙BT核對入射光的吸收，從而降低光致e^–-h⁺對的產(chǎn)生率并增強(qiáng)由相對較長的電子遷移路徑引起的界面阻抗。

本研究中通過葡萄糖的簡單水熱碳化制備半導(dǎo)體BT@C核-殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的方法可以擴(kuò)展到合成其他壓電@C復(fù)合物，并提供強(qiáng)有力的證據(jù)表明壓電/鐵電材料單體可以作為一種有前途的光催化劑應(yīng)用于壓電光催化和環(huán)境凈化領(lǐng)域，無需進(jìn)一步與其他半導(dǎo)體復(fù)合。

Semiconducting BaTiO₃@C core-shell structure for improving piezo-photocatalytic performance. Nano Energy, 2021, DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.106831.

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106831.

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