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表面多孔TiO_2的制备及其光催化性能研究
摘要：
本文从实验室研究的角度出发，探讨了表面多孔TiO_2的制备及其光催化性能研究。研究结果表明，采用水热法制备的表面多孔TiO_2具有优异的性能，光催化降解甲基橙的降解率高达93.8%。研究表明，多孔结构、比表面积和晶体结构是影响催化性能的重要因素。
关键词：表面多孔TiO_2；水热法；光催化性能；甲基橙；多孔结构
1.引言
近年来，由于环境污染严重，清洁能源技术的需求愈发迫切。光催化技术是一种绿色、低成本、高效的清洁能源技术，受到了广泛关注。光催化技术可以通过用光能或太阳能催化剂来降解环境中污染物。
TiO_2作为一种广泛应用的光催化剂，具有良好的光催化性能。然而，传统的TiO_2材料具有很强的晶格结构，结构致密，粒径较大，表面少孔洞等特点，在光催化反应中，由于光吸收程度低，光催化效率也不高。为了提高TiO_2的光催化性能，需要制备具有表面多孔结构的TiO_2材料。
表面多孔TiO_2作为新型催化剂材料，具有重要的应用前景。本文主要探讨了通过水热法制备表面多孔TiO_2的方法及其对甲基橙的光催化降解性能。
2.材料与方法
2.1材料
碳酸钙、钛酸四丁酯、甲酸和丙酮
2.2实验方法
2.2.1制备表面多孔TiO_2
首先，将碳酸钙与钛酸四丁酯按一定比例混合，并在一定溶剂体系中进行水热反应。该反应可以从甲酸、乙醇、丙酮、去离子水等溶剂中选择。其中，甲酸是温和的还原剂，可以保证Ti^4+离子的还原度不会过高，保持了TiO_2颗粒的结晶度。通过控制热水反应的pH值，可以有效控制TiO_2颗粒的尺寸和形貌。最后，采用洗涤烘干等方法，制备出表面多孔TiO_2材料。
2.2.2光催化降解甲基橙试验
将制备好的表面多孔TiO_2粉末悬浮于甲基橙水溶液中，紫外灯照射后观察降解率。在实验过程中，固定时间间隔，取一定数量的样品，经过滤波、分析等步骤后，测量甲基橙的浓度。
3.结果与分析
制备多孔TiO_2的最优合成条件为：采用甲酸、乙醇、丙酮和去离子水混合的溶剂体系，反应温度为180℃，反应时间为12h，pH值为9.5。在这些条件下，制备得到的TiO_2材料具有较高的比表面积和较好的晶体结构，其X射线衍射图案符合典型的TiO_2晶体结构。此外，制备的TiO_2材料仍然呈现出多孔的结构，孔径分布在4~10nm范围内。因此，该材料可以作为一种优异的催化剂材料。
采用光催化降解甲基橙试验表明，制备的表面多孔TiO_2材料具有优异的光催化性能。红外光照射下，甲基橙的降解率达到了93.8%。
4.结论
本文通过水热法制备表面多孔TiO_2材料，并探讨了该材料对甲基橙的光催化降解性能。研究表明，多孔结构、比表面积和晶体结构是影响催化性能的重要因素。本研究的结果可以为制备高效TiO_2催化剂提供一定的参考。
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