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中空二氧化钛纳米球的制备及其光催化性能研究的综述报告
随着环境污染日益加重，光催化材料因其能够降解有机物质并最终转化为无害物质而备受关注。在所有光催化材料中，二氧化钛（TiO2）是最常用的一种，因其成本低、稳定性好、化学性质惰性，同时是一种广泛应用于工业领域的材料。然而，TiO2光催化的效率受到电子孔仙复合的限制，为了增强其光催化效果，现在发展了一系列改性的TiO2，例如一维TiO2纳米线、TiO2纳米片、TiO2纳米球等等。这篇综述将会介绍一种特殊的TiO2，即中空二氧化钛纳米球的制备及其光催化性能研究。
1.制备方法
中空二氧化钛纳米球的制备方法主要分为两类：模板法和无模板法。
①模板法
模板法是通过模板自组装和后续的模板移除两个步骤制备中空二氧化钛纳米球的。目前，经过改良的硅胶模板法是制备中空二氧化钛纳米球的最常用方法之一。其制备步骤可以归纳为以下几步：
(1)用DI水或乙醇将硅胶模板吸附到TiO2前驱体上，待处理的样品固定在硅胶模板上面。
(2)烘干TiO2前驱体，并进行焙烧，硅胶模板在高温下热解分解，形成中空二氧化钛纳米球。
(3)通过酸洗或其他方法将硅胶模板清除掉，最终获得中空二氧化钛纳米球。
②无模板法
无模板法主要是通过溶胶-凝胶法或沉淀法制备中空二氧化钛纳米球的。溶胶-凝胶法是指将钛酸酯等前驱体与一种溶剂混合制成凝胶，制备中空结构物时再将其加热焙烧。沉淀法则是指在溶液中加入一种与TiO2前驱体反应的沉淀剂，该沉淀剂能够形成一种稳定的胶体。经过高温煅烧后，局部有机物质在银弹下发生热解、炭化等发生，形成中空结构物。
2.光催化性能
中空二氧化钛纳米球由于其内部结构开阔，孔径多样，且具有大量的活性表面，因此具有很好的光催化性能。研究发现，与具有实心结构体的二氧化钛相比，中空二氧化钛纳米球具有更大的比表面积、更丰富的活性位点、更优秀的吸附性能、更高的光吸收率、更少的电子-空穴复合等优点。许多研究人员对其进行了光催化性能研究，以下是一些重要的研究结果：
①光催化降解有机污染物
许多研究表明，中空二氧化钛纳米球具有良好的光催化降解有机污染物的能力。例如，有研究者对苯酚进行降解实验，结果证明，中空二氧化钛纳米球的降解率是实心二氧化钛纳米球的数倍。
②光催化裂解水制氢
中空二氧化钛纳米球也可用于光解水产生氢气。研究表明，中空二氧化钛纳米球可有效减少电子与空穴的复合，增强光催化裂解水制氢的效率。此外，中空二氧化钛纳米球的这种性能还对应用于其他领域，如光电池、光传感器、催化剂等方面均具有潜在应用。
综上所述，中空二氧化钛纳米球具有很好的光催化性能，可用于降解有机污染物和光解水制氢等方面。另外，制备方法也多种多样，可通过模板法和无模板法制备。未来，可能会进一步改进中空二氧化钛纳米球的制备方法，并发掘其潜在的应用领域。