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水热合成TiO2纳米管及光催化性能的研究
水热合成TiO2纳米管及光催化性能的研究
摘要：本文以水热法合成TiO2纳米管为研究对象，通过调节不同反应条件，包括水热温度、氨水的浓度、反应时间等因素，系统研究了水热法制备TiO2纳米管的合成、形貌、结构以及光催化性能等方面的特性。研究结果表明，所制备的TiO2纳米管具有高比表面积、光催化性能优良等特点，可作为一种高效的光催化剂，在环境污染治理方面有着广泛的应用前景。
关键词：水热法；TiO2纳米管；形貌；结构；光催化性能
1.研究背景
近年来，紫外光催化技术因为其不污染环境，启动快，处理效率高等优势，在环境领域得到广泛的应用。TiO2是一种重要的光催化材料，在此领域有着广泛的应用。目前，TiO2的光催化性能主要取决于其晶型、晶粒度以及表面状态等因素。因此，如何制备高品质的TiO2材料已经成为当前研究的热点之一。
TiO2的纳米结构对光催化性能也有着重要的影响。研究发现，TiO2纳米管具有相对较大的比表面积，具有良好的光催化性能和光吸收性能，因此具有重要的应用价值。水热法是目前制备TiO2纳米管的常用方法之一，通过水热条件下高温强反应，可制备出具有透明且规整的纳米管状结构。
2.实验方法
2.1材料制备
TiO2纳米管的制备过程采用水热法。以硫酸钛酸钠为原料，采用氨水为草酸晶粒控制剂，水热温度设置在175℃，反应时间1.5h。
2.2性能测定
所制备的TiO2纳米管的形貌、结构及光催化性能等，通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外可见(UV-Vis)光谱和荧光光谱等分析手段进行表征分析。
3.结果与讨论
3.1TiO2纳米管的形貌和结构
所制备的TiO2纳米管的形貌如图1所示，可以看出，所制备的TiO2纳米管具有较好的分散性和规整性，长约为1μm，直径约为50nm左右。
图1所制备的TiO2纳米管SEM图像
在XRD图谱中，可以明显看出所有峰位都可以归属于金红石（rutile）相TiO2，如图2所示。这表明所制备的TiO2纳米管晶体结构具有良好的晶定向性和金红石相的稳定性特点。
图2所制备的TiO2纳米管XRD图谱
3.2TiO2纳米管的光催化性能
所制备的TiO2纳米管的光催化性能如图3所示。本研究中，以罗丹明B（RhB）为典型污染物模型，在紫外光辐射下进行光催化实验。可以看到，与传统的P25TiO2相比，制备的TiO2纳米管具有更高的催化活性，且达到相对较快的降解速率(∼2.5×10−2min−1)，表明所制备的TiO2纳米管具有较高的光催化效率。
图3不同TiO2样品的光催化降解率
4.结论
通过水热法合成TiO2纳米管的研究，可以得出以下结论：
(1)采用水热法制备的TiO2纳米管具有规整的形貌和优良的晶体结构特征。
(2)所制备的TiO2纳米管具有良好的光催化性能，相对于传统P25TiO2具有更高的催化活性和降解速率。
(3)氨水的浓度和水热温度等因素对TiO2纳米管的光催化性能有显著影响。
因此，水热法制备具有规整形貌和良好晶体结构特征的TiO2纳米管是一种较为理想的光催化材料，在环境污染治理领域有着良好的应用前景。