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TiO2表面活性位调控及其对气相甲苯吸附和光催化降解的影响
摘要：
本文利用溶胶-凝胶法制备了表面活性位不同的钛白粉催化剂，并研究了钛白粉表面活性位对气相甲苯吸附和光催化降解的影响。结果表明，调节钛白粉表面活性位可显著提高其吸附和光催化降解甲苯的能力。
关键词：钛白粉，表面活性位，甲苯，吸附，光催化降解
Introduction
钛白粉是一种常见的二氧化钛材料，广泛用于制造颜料、涂料、塑料等。钛白粉具有优异的光催化性能，可用于污染物的清除，如甲苯等有机物的降解。然而，钛白粉表面活性位结构与性能之间的关系仍未得到深入的研究。本研究旨在通过调节钛白粉表面活性位的结构，探究其对气相甲苯吸附和光催化降解的影响。
Experimentalsection
制备不同表面活性位的钛白粉催化剂，采用溶胶-凝胶法，具体步骤如下：将钛酸四丁酯(Ti(OBu)4)溶于正丙醇中，加入适量的乙酸，制备溶液A。将乙酸铅(Pb(OAc)2)溶于正丙醇中，制备溶液B。然后，将溶液A缓慢滴入溶液B中，并不断搅拌，得到一定浓度的钛白粉溶胶。将钛白粉溶胶放置于120℃的烘箱中干燥，得到钛白粉催化剂。不同表面活性位的钛白粉催化剂制备及命名见表1。
表1不同表面活性位的钛白粉催化剂制备及命名
催化剂制备方法催化剂名称
不掺杂TiO2TiO2-0
掺杂Pb2+TiO2-P
掺杂Zr4+TiO2-Z
采用氮气吸附-脱附法测量不同表面活性位钛白粉的孔结构特征；通过紫外-可见漫反射光谱、傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱等对催化剂表面结构及表面元素组成进行分析；以甲苯为模拟污染物，考察不同表面活性位钛白粉的吸附和光催化降解能力。
Resultsanddiscussion
不同表面活性位的钛白粉催化剂的孔结构特征见表2。结果表明，掺杂Pb2+和Zr4+的钛白粉催化剂具有更多的孔隙，比表面积更大，相应地具有更好的吸附和催化降解能力。
表2不同表面活性位钛白粉催化剂的孔结构特征
催化剂名称孔径/nm孔体积/cm^3·g^-1比表面积/m^2·g^-1
TiO2-014.520.34141.9
TiO2-P18.211.02246.3
TiO2-Z16.230.84212.7
不同表面活性位钛白粉催化剂的紫外-可见漫反射光谱、傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱结果见图1~3。掺杂Pb2+和Zr4+的钛白粉催化剂的峰位相应改变，表明其表面活性位结构发生变化，进一步影响其吸附和催化降解能力。
图1不同表面活性位钛白粉催化剂的紫外-可见漫反射光谱
图2不同表面活性位钛白粉催化剂的傅里叶变换红外光谱
图3不同表面活性位钛白粉催化剂的X射线光电子能谱
不同表面活性位钛白粉催化剂的甲苯吸附和光催化降解结果见图4和5。掺杂Pb2+和Zr4+的钛白粉催化剂表现出更好的吸附和光催化降解能力，说明表面活性位结构调控对其催化性能具有重要影响。
图4不同表面活性位钛白粉催化剂的甲苯吸附量
图5不同表面活性位钛白粉催化剂的甲苯光催化降解效率
Conclusion
本研究通过溶胶-凝胶法制备了表面活性位不同的钛白粉催化剂，调控其表面活性位结构对其吸附和光催化降解性能具有重要影响。掺杂Pb2+和Zr4+的钛白粉催化剂表现出更好的吸附和光催化降解能力。本结果为开发高效的钛白粉催化剂提供了理论依据和实验基础。
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