La掺杂0.97(Na0.5Bi0.5)TiO3-0.03Ba(Ni0.5Nb0.5)O3陶瓷的压电催化性能优化及其在染料降解中的应用研究

本文推荐：本研究通过固相反应法合成La掺杂NBT-BNN-xLa陶瓷（x=0-1.25 mol%），系统探究了压电系数（d33）与介电常数（εr）对染料降解的协同效应。最优组分NBT-BNN-1La在45分钟内实现罗丹明B（RhB）近100%降解，并证实·O2–和·OH自由基的关键作用，为废水处理提供了高效稳定的无铅压电催化剂（piezocatalyst）。

　　

Highlight

La掺杂显著提升压电催化活性：通过调控0.97(Na_0.5Bi_0.5)TiO₃-0.03Ba(Ni_0.5Nb_0.5)O₃-xLa（NBT-BNN-xLa）陶瓷的La含量（0-1.25 mol%），压电系数（d₃₃）从73 pC/N跃升至110 pC/N，介电常数降低使RhB降解率从47%提升至~100%（45分钟）。自由基捕获实验证实超氧自由基（·O₂^–）和羟基自由基（·OH）是降解主力军。

Structural and morphology analysis

X射线衍射（XRD）显示所有样品均形成单一钙钛矿相（ABO₃型），40°（111）和46.5°（200）衍射峰证实菱面体晶系。扫描电镜（SEM）显示La掺杂使晶粒尺寸从2.1μm（x=0）减小至1.5μm（x=1.25），致密度提升至96%。X射线光电子能谱（XPS）证实La³⁺成功取代A位Bi³⁺，氧空位浓度随掺杂量增加。

Conclusion

La掺杂NBT-BNN-xLa陶瓷通过三重优化：（1）d₃₃/ε_r比值提升促进电荷分离；（2）居里温度（T_C≈300°C）保持高温稳定性；（3）降低介电损耗（tanδ<0.02）。该材料对MB（96%）和MO（88%）的广谱降解能力及5次循环后100%活性保持率，彰显其在工业废水处理中的应用潜力。