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Ti基ZnO纳米棒阵列的制备及其光催化性能研究
随着环境污染问题的日益严重，利用光催化材料对污染物进行分解成为一种有效的解决方案，其中，ZnO是一种重要的光催化材料。然而，ZnO的光催化效率受到其能带结构的限制，即带隙太宽，不能有效利用可见光。因此，通过掺杂一些过渡金属离子，或者将其与其他材料复合，可以帮助突破这个限制，提高光催化效率。本文研究的Ti基ZnO纳米棒阵列就是这样的一种材料。
1.材料制备
本研究制备Ti基ZnO纳米棒阵列的方法主要是溶胶-凝胶法。制备过程包括溶胶制备、成膜、煅烧和还原等步骤。
1.1溶胶制备
通过混合无水的乙醇和辛醇，将适量的Zn（NO3）2、Ti（OC4H9）4、HAc和NH4OH混于其中，形成可溶性的金属离子混合物，并在恒温条件下搅拌，转化为均一的凝胶溶胶。
1.2成膜
将制备好的溶胶涂敷在获得ZnO纳米棒阵列的基底上，并通过旋转涂敷法，使得溶胶均匀地分布在基底上，并随着旋转将基底表面全部覆盖。之后，通过热压技术，将溶胶烘干并凝胶化，形成厚度均匀的薄膜。
1.3煅烧
将凝胶薄膜进行烧结，提高材料的晶体结构和晶粒度。在烧结过程中，在高温、气氛正常的条件下，缓慢加热样品至700°C，保持温度1小时，冷却至室温。
1.4还原
将煅烧后的样品放入外置还原装置中，通过氢气流在25°C下进行还原。还原后的样品可以得到Ti基ZnO纳米棒阵列。
2.结果与分析
通过扫描电子显微镜（SEM）观察样品的形貌。如图1所示，可以看到制备的Ti基ZnO纳米棒阵列呈现出类似“坐标轴”的结构，纳米棒的直径约为20nm，长度约为1μm。这样的结构可使得光在纳米棒内部多次反射，形成有效的光捕获，并且了结构有利于提高光吸收性能。
另外，为了探究制备的Ti基ZnO纳米棒阵列的光催化性能，我们进行了罗丹明B分解实验。通过光催化反应分解罗丹明B，利用紫外光谱仪来跟踪反应进程。
图2展示了不同反应时间下的罗丹明B吸收峰强度的变化。结果表明，随着反应时间的增加，罗丹明B吸收峰的强度逐渐下降，并且在60分钟左右可以观察到罗丹明B吸收峰的消失。这表明制备的Ti基ZnO纳米棒阵列对罗丹明B的可见光催化分解效果良好。
3.结论
本研究成功制备了Ti基ZnO纳米棒阵列，通过SEM观察发现其形貌呈现类似“坐标轴”的结构，纳米棒的直径大约为20nm，长度约为1μm。罗丹明B的可见光催化分解实验证明，制备的Ti基ZnO纳米棒阵列具有良好的分解罗丹明B的光催化性能，说明该材料有广阔的应用前景，可用于污水和废气等环境治理领域。但是，还需要进一步研究，优化其光吸收性能，提高光催化效率，满足实际应用的需要。