［111］-/{101}晶面共暴露的銳鈦礦型TiO2納米晶的制備及可提高的光催化性能

牛憲軍 白楊 杜意恩

本文以層狀鈦酸H1.07Ti1.73O4為前驅體，以不同含量的HF溶液為形貌控制劑，在溫和的水熱條件下（120～180 ℃）采用一鍋法合成了共暴露［111］-/{101}晶面的方塊狀為主的銳鈦礦型TiO2納米晶；對制備的xHF-T180 （x = 0.5， 1.0， 1.5， 2.0， 2.5， 3.0 mL）銳鈦礦型TiO2納米晶的晶體結構、形貌、微觀結構、比表面積、元素電子態、光學性能和電荷遷移行為進行了表征；并對其光催化降解MB性能進行了評價. 研究結果表明，與CM-TiO2和其他xHF-T180銳鈦礦型TiO2納米晶相比，2.5HF-T180顯示了最高的k值（0.0165 min-1），分別是Blank （0.0009 min-1）、CM-TiO2 （0.0083 min-1）、0.5HF-T180 （0.0126 min-1）、1.0HF-T180 （0.0113 min-1）、1.5HF-T180 （0.0142 min-1）、2.0HF-T180 （0.0130 min-1）和3.0HF-T180 （0.0123 min-1）樣品的18.33、1.99、1.31、1.46、1.16、1.27和1.34倍. 2.5HF-T180顯示了最高的光催化活性可以歸因于其最小的顆粒尺寸、最大的比表面積、最弱的熒光光譜強度和最小的電阻的協同效應. 本研究為合成具有較高光催化性能的銳鈦礦型TiO2納米晶以處理有機染料廢水提供了新思路.

銳鈦礦型TiO2； 晶面暴露； 水熱法； 光催化性能； 形貌控制劑

O643A2023.035002

收稿日期： 2022-11-30

基金項目： 山西省自然科學基金（201901D111303）； 山西省高等學校科技創新計劃（2019L0881， 2020L0612）； 晉中學院“1331工程”創新團隊項目（jzxycxd2019005）

作者簡介： 牛憲軍（1984-）， 男， 山東鄒城人， 博士， 副教授， 主要研究方向為多相催化. E-mail： xjniu1984@163.com

通訊作者： 杜意恩. E-mail： duyien124@163.com

Synthesis of ［111］-/{101} facets co-exposed anatase TiO2 nanocrystals with improved photocatalytic performance

NIU Xian-Jun， BAI Yang， DU Yi-En

（Department of Chemistry & Chemical Engineering， Jinzhong University， Jinzhong 030619， China）

Cuboid anatase TiO2 nanocrystals with co-exposed ［111］-/{101} facets were synthesized by one-pot method under mild hydrothermal conditions （120～180 ℃） using layered titanate H1.07Ti1.73O4 as precursor and different amounts of HF as morphology-controlling agent. The crystal structure， morphology， microstructure， surface area， electronic states， optical properties and charge migration behavior of xHF-T180 （x = 0.5， 1.0， 1.5， 2.0， 2.5， 3.0 mL） anatase TiO2 nanocrystals were characterized， and their photocatalytic degradation for MB was evaluated. The results show that， compared with CM-TiO2 and other xHF-T180 anatase TiO2 nanocrystals， 2.5HF-T180 shows the highest k value （0.0165 min-1）， which is 18.33， 1.99， 1.31， 1.46， 1.16， 1.27 and 1.34 times that of Blank （0.0009 min-1）， CM-TiO2 （0.0083 min-1）， 0.5HF-T180 （0.0126 min-1）， 1.0HF-T180 （0.0113 min-1）， 1.5HF-T180 （0.0142 min-1）， 2.0HF-T180 （0.0130 min-1）， and 3.0HF-T180 （0.0123 min-1）， respectively. The highest photocatalytic activity of 2.5HF-T180 can be attributed to the synergistic effect of its smallest particle size， largest specific surface area， weakest fluorescent intensity and smallest electrical resistance. This study provides a new idea for the synthesis of anatase-type TiO2 nanocrystals with high photocatalytic performance for the treatment of organic dye wastewater.

Anatase-type TiO2; Exposed facets; Hydrothermal synthesis method; Photocatalytic performance; Morphology-controlling agent

1 引 言隨著科技和工業的快速發展，天然水體中的染料、藥品、農藥等有機污染物逐漸增多，對水體生態系統產生了長期影響［1-3］. 亞甲基藍（MB）是一種染色效果好、價格低廉的噻嗪類染料，廣泛應用于棉、蠶絲、紙張等的染色.? 然而，亞甲基藍是有毒的，在染色過程中排放的廢液會導致環境污染和危害人類健康［4］.? 因此，如何降解紡織工業排放的廢水中含有的亞甲基藍是非……