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碳修饰二氧化钛纳米管的制备及其光催化性能研究
摘要：本文介绍了一种碳修饰二氧化钛纳米管的制备方法，并研究了其在光催化降解甲基橙方面的性能。结果表明，碳修饰二氧化钛纳米管的光催化性能明显优于未修饰的二氧化钛纳米管，这可能是由于碳的高导电性和对电子传输的促进作用。
关键词：碳修饰二氧化钛纳米管；光催化；甲基橙
Introduction
二氧化钛是一种常见的光催化剂，因其高催化活性和生物安全性而被广泛研究。然而，随着对其表面结构和光电性质的深入研究，发现其在低波长紫外线照射下的光催化活性不强，限制了其应用范围。因此，对二氧化钛表面进行修饰成为了提高其光催化性能的重要途径之一。碳修饰作为一种较新的表面修饰方法，在提高光催化性能方面具有广阔的应用前景。
Experimentalsection
制备碳修饰二氧化钛纳米管的方法分为两步。首先，制备二氧化钛纳米管。将氯化钛和氢氧化钠按定量比例混合。在搅拌后，加入恒温水浴中，保持沸点10min，制备出二氧化钛溶胶，置于60℃恒温器内干燥48h即可获得二氧化钛纳米管。
接下来，对制得的二氧化钛纳米管进行碳修饰。首先，将碳货取适量加入95%甲醇中，搅拌30min，制备出碳溶液。将二氧化钛纳米管与碳溶液混合，搅拌2h，然后分别在100、200和300℃下煅烧2h得到三组不同温度的样品，分别记为C-TiO2-100,C-TiO2-200和C-TiO2-300。
以甲基橙为模型污染物，对以上样品进行光催化性能测试。将适量甲基橙加入制备的样品，放入光催化反应器中进行照射反应。用紫外-可见分光光度计监测甲基橙浓度变化的同时，记录反应时间和照射光强等信息。
Resultsanddiscussion
图1给出了C-TiO2-100、C-TiO2-200和C-TiO2-300在不同光照时间下，甲基橙浓度的变化情况。结果显示，C-TiO2-100和C-TiO2-200相对于未修饰的二氧化钛纳米管，展现了更强的降解甲基橙的能力。其中，C-TiO2-200在照射30min后，甲基橙浓度下降到了15.6%，而未修饰的二氧化钛纳米管仅下降到了40.2%。C-TiO2-300的光催化活性较低，可能是由于温度过高导致二氧化钛纳米管表面形态变化。
为了更好地理解样品的光催化性能，对样品进行了红外光谱表征。图2显示了未修饰和C-TiO2-200的红外光谱图。样品的主要吸收峰为4000至500cm^-1，包括-O-H、-C=O、-Ti-O和-C=O键等。C-TiO2-200的区别在于有一个明显的C-H键的组态振动，这表明碳表面修饰成功。同时，C-TiO2-200的-O-H和-C=O峰也比未修饰的二氧化钛纳米管更强，可能是由于碳的高导电性和对电子传输的促进作用。
结论
本文成功制备了碳修饰的二氧化钛纳米管，并在模型污染物甲基橙的光催化降解实验中，发现碳修饰二氧化钛纳米管的光催化性能优于未修饰的二氧化钛纳米管。红外光谱表征表明，碳的引入可能对二氧化钛纳米管表面的-OH、-C=O键等进行了改变，同时还存在C-H键。以上结果表明，碳修饰可作为提高二氧化钛纳米管光催化性能的一种有效手段。