摘要
压电催化是通过压电材料将外界机械能转化为电能，并用于氧化还原反应的一种催化方式，具有过程简单、无需外部设备供电的优势，在分解有机污染物、分解水产氢等领域受到广泛研究。而在压电催化材料中，铁电陶瓷因其自发极化强度高而被广泛应用，相比于其他铁电陶瓷，具有合适钡锶比的钛酸锶钡铁电陶瓷在室温条件下将表现出优异的催化性能，但目前有关的研究集中于钛酸锶钡微米粉体，纳米粉体的催化性能仍有待探究，粉体材料催化的机理有待进一步阐明;此外，粉体材料难以回收，将铁电陶瓷设计成结构可控的块材，具有重要意义。针对上述问题，本论文的主要研究内容和结论如下: (1)采用固相法和水热法分别合成了 BST微、纳粉体，由于非钙钛矿结构的存在，BST纳米粉的一阶动力学速率常数k1和产氢速率均小于BST微米粉;通过添加自由基清除剂，确定·OH和·O2-是粉体催化罗丹明B(RhB)降解过程中的主要活性自由基，并采用色质联用技术，提出了 RhB的压电催化降解机理;通过对温度和反应气压的控制，发现在25至45℃温度条件下，微纳粉体的产氢速率随温度的升高而增加，主要是由于温度的提升有利于铁电性能的提升，同时降低了析氢过电位;而在1.0至1.8 atm的气压下，微纳粉体的产氢速率随气压的升高而增加，主要是由于反应压力的提升降低了电化学反应的内电阻。 (2)通过冷冻浇注的方法，实现了取向多孔BST陶瓷微观孔道的可控设计，随着孔隙率的增加，单位质量的一阶动力学速率常数k和产氢速率增加，当孔隙率为58 vol.％时，k值为1.82×10-3min-1·g-1,产氢速率为739.52 nmol·g-1·h-1;通过直写成型技术，实现了 BST陶瓷宏观孔道的可控设计，三种直写成型BST陶瓷中，k值最高达到2.00× 10-3 min-1·g-1，产氢速率的最大值为 742.25 nmol·g-1·h-1。 (3)通过冷冻浇注和直写成型相结合的方式，制备了兼具宏观孔道和微观孔道的BST陶瓷，同时实现了微观和宏观孔道的可控设计，其RhB降解率为90.3％,k值为2.91 × 10-3 min-1·g-1,产氢速率为848.88 nmol·g-1·h-1,这种方法为制备轻量化的铁电陶瓷催化剂提供了思路。
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