高活性TiO₂纳米晶的制备及其光催化性能

摘要

提升高能{001}晶面的暴露比例可有效提高TiO₂的光催化活性，通常采用晶面控制剂暴露高能{001}晶面，但受多种因素影响合成的TiO₂形貌不稳定，且粒径较大，有必要在缩小粒径的基础上实现TiO₂纳米晶的稳定合成。基于此，本文以钛酸钾纳米线为前驱体稳定合成TiO₂纳米晶，首先通过酸处理保证TiO₂八面双锥体形貌，并通过降低钛酸钾纳米线中K+含量来减小TiO₂纳米晶的粒径。研究表明，以钛酸钾纳米线为前驱体酸处理7 h合成的TiO₂-H7光催化活性最强，其粒径比未酸处理时缩小了近86%，降解亚甲基蓝的活性是原始锐钛矿型TiO₂的7.4倍。在此基础上，以（NH₄）₂CO₃为形貌控制剂，通过改变（NH₄）₂CO₃浓度来调控{001}晶面的暴露比例进一步提高TiO₂纳米晶的光催化活性。前驱体未酸处理系列（NH₄）₂CO₃晶面调控后可有效提升光催化活性，（NH₄）₂CO₃的浓度为0.14 mmol/L时合成的TiO₂-0.14是原始锐钛矿型TiO₂降解活性的2.6倍。以酸处理7 h的钛酸钾纳米线引入（NH₄）₂CO₃进行晶面调控后，光催化活性反而受到了抑制，可能是{001}晶面暴露比例不足，且颗粒粒径随（NH₄）₂CO₃浓度的增加而增加，氧空位含量随之减少导致的。本研究发现酸处理钛酸钾纳米线前驱体可合成八面双锥体TiO₂纳米晶并缩小颗粒尺寸，进而提高TiO₂的光催化活性。但酸处理程度会影响后续晶面调控{001}晶面的暴露比例和纳米晶结晶度，要想进一步提升TiO₂纳米晶的光催化活性还需深入探究酸处理与晶面调控之间的构效关系。

关键词

二氧化钛 / 酸处理 / 光催化 / 亚甲基蓝(MB)