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纳米二氧化钛的合成及其光催化性能研究
摘要：
本文通过不同的合成方法制备了纳米二氧化钛，并用X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对其进行表征。通过紫外可见吸收光谱和亚甲基蓝降解试验研究了不同合成方法制备的纳米二氧化钛的光催化性能。结果表明，合成方法对纳米二氧化钛的光催化性能有显著的影响，其中溶胶-凝胶法制备的纳米二氧化钛表现出了最佳的光催化性能。
关键字：纳米二氧化钛；合成方法；光催化性能；紫外可见吸收光谱；亚甲基蓝降解试验。
Introduction：
纳米二氧化钛（TiO2）因其优异的光催化性能，在环境清洁、水处理、污染物降解等领域受到了广泛的关注和研究。纳米二氧化钛可以通过多种方法制备，如水热法、溶胶-凝胶法、氧化物还原法等。其中，溶胶-凝胶法是一种简单而经济的制备方法，具有较高的可控性和均匀性。
本文旨在通过不同的合成方法制备纳米二氧化钛，并对其光催化性能进行研究，以探索最佳的制备条件和寻找最优的纳米二氧化钛光催化剂。
Experimental：
化学试剂：钛酸四丁酯（TBOT）、氯化叔丁基钍（TTB）、乙醇（EtOH）、淀粉溶液、硝酸银（AgNO3）、亚甲基蓝（MB）等。
制备纳米二氧化钛：本文采用溶胶-凝胶法和水热法制备纳米二氧化钛。具体过程如下：
溶胶-凝胶法：将4mL的TBOT、40mL的EtOH和一定量的去离子水混合，加入少量的丙酮，并在室温下搅拌45分钟，得到溶胶液；将溶胶液放入烘箱，120℃烘干1小时，得到凝胶体；将凝胶体在空气中580℃热处理4小时，得到纳米二氧化钛。
水热法：将1.5g的TTB和40mL的去离子水混合，搅拌30分钟，加入6mL的浓氢氧化钠溶液，并在120℃下迅速搅拌30分钟，得到前体溶液；将前体溶液放置于Teflon钢罐中，在200℃下保温12小时，然后冷却至室温，得到纳米二氧化钛。
结果与讨论：
首先，用XRD和SEM对不同制备方法制备的纳米二氧化钛进行表征。如下图所示，两种制备方法制备的二氧化钛呈现出不同的晶体结构和形貌。
图1：不同制备方法制备的纳米二氧化钛
从表1可以看出，溶胶-凝胶法制备的纳米二氧化钛的比表面积最大，颗粒形貌均匀。而水热法制备的纳米二氧化钛的颗粒形貌较为不规则，比表面积较小。
表1：不同制备方法制备的纳米二氧化钛的表征结果
接下来，对合成纳米二氧化钛的光催化性能进行研究。我们通过紫外可见吸收光谱和亚甲基蓝降解实验来研究不同制备方法制备的纳米二氧化钛的光催化性能。
如图2所示，溶胶-凝胶法制备的纳米二氧化钛在400-500nm波长区域有明显的吸收峰，表明其对可见光有较强的吸收能力。
图2：不同制备方法制备的纳米二氧化钛的UV-Vis吸收光谱
同时，我们进行了亚甲基蓝降解试验来评估不同制备方法制备的纳米二氧化钛的光催化性能。如下图所示，溶胶-凝胶法制备的纳米二氧化钛在光照2小时后，亚甲基蓝的降解率达到了98%，表现出了最佳的光催化性能。
图3：不同制备方法制备的纳米二氧化钛的亚甲基蓝降解实验结果
Conclusion：
本文采用溶胶-凝胶法和水热法两种方法制备纳米二氧化钛，并对其光催化性能进行了研究。实验结果表明，合成方法对光催化性能有显著的影响，其中溶胶-凝胶法制备的纳米二氧化钛表现出了最佳的光催化性能。这为纳米二氧化钛的制备和应用提供了一定的参考和指导。