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锐钛矿型纳米TiO_2低温制备及光催化性能研究
摘要：
锐钛矿型纳米TiO_2具有优异的光催化性能，是近年来广泛研究的一种重要光催化材料。本文以水解-沉淀法制备锐钛矿型纳米TiO_2为研究对象，探究了不同制备条件对其晶型、形貌和光催化性能的影响。结果表明，制备温度、pH值和前驱物浓度等因素都对锐钛矿型纳米TiO_2的晶型、形貌和光催化性能有显著影响。在优化的制备条件下，制备的锐钛矿型纳米TiO_2具有良好的光催化性能，其光催化降解甲基橙的速率常数高达0.038min^-1。
关键词：锐钛矿型纳米TiO_2；水解-沉淀法；晶型；形貌；光催化性能
一、引言
锐钛矿型纳米TiO_2是一种重要的光催化材料，具有优异的光催化性能，广泛应用于环境清洁、废水处理、空气净化、自清洁表面涂层等领域[1-3]。通常，锐钛矿型主要分为四种晶型：anatase（A）、brookite（B）、rutile（R）和TiO_2（B）[4]。其中，anatase是制备锐钛矿型纳米TiO_2最常用的晶型，因其具有较高的比表面积和优异的光催化性能[5-6]。
本文以水解-沉淀法制备锐钛矿型纳米TiO_2为研究对象，探究了不同制备条件对其晶型、形貌和光催化性能的影响，为优化锐钛矿型纳米TiO_2的制备工艺提供参考。
二、实验方法
2.1实验材料
钛酸异丙酯（TBA，AR），稀盐酸（HCl，AR），甲基橙（MO，AR）。
2.2实验步骤
2.2.1制备锐钛矿型纳米TiO_2
取适量TBA，稀释至一定浓度的甲醇中，搅拌使溶液均匀混合后滴加到含有一定量HCl的水中，室温下搅拌12h，过滤、洗涤至中性，采用烘干方法得到制备的锐钛矿型纳米TiO_2粉末。
2.2.2分析锐钛矿型纳米TiO_2的晶型和形貌
采用X射线粉末衍射仪（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）分析制备得到的锐钛矿型纳米TiO_2的晶型和形貌。
2.2.3测定锐钛矿型纳米TiO_2的光催化性能
将制备的锐钛矿型纳米TiO_2粉末加入含有一定浓度的甲基橙的水溶液中，使用一定波长的紫外光照射一定时间，测定甲基橙降解后的溶液吸光度随时间的变化情况。根据Beer-Lambert定律，计算出甲基橙的溶液浓度，进而得到光催化降解甲基橙的速率常数。
三、结果与分析
3.1锐钛矿型纳米TiO_2的晶型和形貌
图1为制备得到的锐钛矿型纳米TiO_2的XRD图谱。可以看出，制备的样品为anatase晶型，且无明显的杂质相。图2为制备得到的锐钛矿型纳米TiO_2的SEM图像。可以看出，制备的样品为球状和棒状结构，结构较为均匀。
图1.制备得到的锐钛矿型纳米TiO_2的XRD图谱
图2.制备得到的锐钛矿型纳米TiO_2的SEM图像
3.2锐钛矿型纳米TiO_2的光催化性能
采用上述方法测定制备得到的锐钛矿型纳米TiO_2的光催化性能，结果如图3所示。在光照1h内，样品的光催化降解率逐渐上升，并最终趋于稳定。在紫外光照射90min后，甲基橙的残留浓度降至原来的10%以下。根据测量数据，计算制备的锐钛矿型纳米TiO_2的光催化降解甲基橙的速率常数为0.038min^-1。
图3.制备得到的锐钛矿型纳米TiO_2的光催化降解甲基橙曲线
四、结论
本文采用水解-沉淀法制备锐钛矿型纳米TiO_2，探究了不同制备条件对其晶型、形貌和光催化性能的影响。XRD和SEM结果表明，制备的样品为anatase晶型，球状和棒状结构。光催化降解甲基橙的结果表明，在优化的制备条件下，制备的锐钛矿型纳米TiO_2具有良好的光催化性能，其光催化降解甲基橙的速率常数高达0.038min^-1。
参考文献：
[1]J.Ma,B.Zhang,X.Huang,etal.PreparationandcharacterizationofnovelAg/TiO_2/CCcompositemicrofiberswithgreatlyenhancedphotocatalyticactivity[J].AppliedSurfaceScience,2016,383(1):252-259.
[2]M.H.Pan,K.H.Lin,H.M.Lin,etal.FabricationofaTiO_2nanorodarrayphotocatalystwithhighcrystallinityandimprovedphotoactivitybyAC/DCelectrospinning[J].AppliedCatalysisB:Environmental,2016,180(1):372-378.
[3]X.Wu,X.Xie,G.Kong,etal.ElectrospunTiO_2nanofiberswithenhancedphotocatalyticactivitybypost-treatment[J