综述：基于钛酸钡（BaTiO?）的材料对水污染物的降解作用：综述性研究

光催化与压光电催化是高效去除医院、制药及纺织废水中的有机染料和抗生素的高级氧化技术，钡钛酸三酯（BaTiO3）因其铁电性、强内电场及可调能带结构成为理想材料。本文系统综述了BaTiO3的合成方法（水热、超声等）、形貌调控对其结晶度及催化性能的影响，并分析了可见光吸收不足、规模化应用受限等挑战，提出通过异质结构建和材料改性提升性能的未来方向。

　　

Sahil Rana|Akshay Verma|Pooja Dhiman|Ackmez Mudhoo|Gaurav Sharma

喜马拉雅地区可持续性纳米技术国际研究中心（IRCNHS），舒利尼大学，索兰，173229，印度

摘要

光催化和压电光催化是两种先进的氧化过程（AOPs），它们在消除某些顽固污染物（如有机染料和抗生素）方面显示出巨大潜力。这些污染物是医院、制药和纺织工业废水中最常见的污染物之一。由于钛酸钡（BaTiO₃）具有铁电性、强内部电场、可调的能带结构以及优异的化学稳定性，这种传统的铁电钙钛矿半导体最近在环境应用领域引起了广泛关注。凭借这些特性，基于BaTiO₃的材料在改善电荷分离、增加活性氧（ROS）的产生以及提高催化剂效率方面具有显著优势。本文综述了BaTiO₃的结构参数、电学性能及铁电-压电性质，并详细阐述了其光催化和压电光催化机制。为了说明这些特性对材料形态、结晶度和催化性能的影响，本文对比了多种合成与处理技术（如水热法、超声处理、沉淀法和煅烧法）。本文系统地探讨了基于BaTiO₃的光催化材料的新进展及其在抗生素和染料降解中的应用，并指出了BaTiO₃存在的主要问题，如吸收可见光的能力有限、可扩展性和稳定性不足，并提出了未来研究方向，以开发更先进的基于BaTiO₃的材料，以实现高效且可持续的水处理。

术语表

缩写说明

直接湖蓝5B<>环丙沙星<>氧氟沙星<>诺氟沙星喹诺酮类亚甲蓝罗丹明B甲基橙刚果红结晶紫伊红Y氙气紫外线瓦特

AOPs	高级氧化过程	ROS	活性氧
Eg	能隙	VB	价带
CB	导带	SEM	扫描电子显微镜
LSPR	局域表面等离子体共振	DRAM	动态随机存取存储器
MLCCs	多层陶瓷电容器	DLB 5B
TC	四环素	AMX	阿莫西林
CIP	OFL
NOR	QNL
MB	RhB
MO	CR
RB玫瑰红	BG亮绿
CV	EY
Xe	UV
W	eV

高级氧化过程（AOPs）

高级氧化过程（AOPs）是一系列利用液态化学氧化来破坏碳或有机分子的技术。这些技术旨在氧化有机分子，可以替代传统的方法来处理可回收和不可回收物质，包括制药废弃物[49]。AOPs采用尖端且环保的方法来提升抗污染技术并净化废水[50]。

基于BaTiO₃材料的制备方法

自发现以来，BaTiO₃通过多种制备技术不断得到发展（见表1），包括溶胶-凝胶法、水热/溶剂热法、共沉淀法、机械化学法和固态法。这些制备技术会影响BaTiO₃的物理化学性质，因此选择合适的制备方法至关重要[67]。

污染物降解方面的最新进展与应用

近期研究重点在于开发高效的光催化和压电光催化系统，以有效去除多种新型有机污染物。2021年至2025年间相关论文数量的增加表明，科学家们越来越倾向于使用基于BaTiO₃的催化剂来处理废水。基于BaTiO₃的材料具有独特的铁电特性、极化的能力以及强烈的内部电场，这些特点使其在污染物降解中表现出色。

当前面临的挑战与限制

尽管基于BaTiO₃的材料在降解污染物方面具有巨大潜力，但仍存在一些实际应用的限制。BaTiO₃较宽的能隙限制了其对可见光的吸收能力，从而降低了其在阳光下的催化效率。由于其约3.2电子伏特的能隙，BaTiO₃的光催化作用主要集中在紫外线区域（仅占太阳光谱的3–5%），这大大降低了其整体效率。

结论与未来展望

基于BaTiO₃的材料因其优异的介电、铁电和压电性能、无毒特性、广泛的适用性和多样的形态、丰富的晶体结构以及高耐久性而被选为理想的光催化剂和压电光催化剂。本文综述了基于BaTiO₃的光催化剂和压电光催化剂的最新进展，强调了异质结构构建和定制化设计的重要性。

CRediT作者贡献声明

Sahil Rana：撰写初稿、数据整理。Akshay Verma：撰写初稿。Pooja Dhiman：审稿与编辑。Ackmez Mudhoo：审稿与编辑、概念构思。Gaurav Sharma：审稿与编辑、监督、概念构思。

资金支持

本项研究未获得任何资金支持。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。