暴露晶面TiO2單晶復合光催化材料的制備與性能研究暴露晶面TiO2單晶復合光催化材料的制備與性能研究

摘要：本文以反應溶液中添加不同濃度的聚乙二醇為模板劑，采用水熱法制備出暴露晶面TiO2單晶復合光催化材料。通過掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線衍射儀（XRD）、紫外-可見分光光度計（UV-vis）、熒光光譜儀和電化學工作站等測試方法對制備的光催化材料的晶面表面形貌結構進行了表征，并對其光催化性能進行了評估。實驗結果表明，當聚乙二醇濃度為0.01g/mL時，制備的光催化材料具有較佳的晶面暴露程度，晶體結構保持完整。在紫外光照射下，該光催化材料對甲基橙污染物的降解率達到90%以上，其光催化性能顯著提高。

1.引言

光催化技術是一種將光能轉化為化學能的高效、環保的技術，近年來受到了廣泛的研究和應用。其中，TiO2作為一種光催化材料，因其良好的光催化性能和穩定性，在環境污染治理、水處理、空氣凈化等領域具有重要的應用前景。然而，傳統的TiO2材料存在晶面暴露不足、光生電子-空穴對的重組等問題，限制了其光催化效率的提高。因此，如何進一步提高TiO2的晶面暴露度，提升其光催化性能成為當前的研究熱點。

2.實驗方法

2.1材料制備

以氯化鈦（TiCl4）和聚乙二醇（PEG）為原料，在DI水中制備不同濃度的反應溶液。將反應溶液倒入高壓反應釜中，在200℃下水熱反應12小時，得到暴露晶面TiO2單晶復合光催化材料。最后經過洗滌、干燥處理得到樣品。

2.2材料表征

通過SEM觀察樣品的表面形貌和晶體結構，XRD分析樣品的晶體結構，并計算晶胞參數。使用UV-vis測試光催化材料的吸收光譜和光催化活性。熒光光譜儀測定樣品的熒光強度，用電化學工作站測試樣品的電池活性。

3.結果與討論

通過SEM觀察，發現當聚乙二醇濃度為0.01g/mL時，制備的光催化材料表面光滑且均勻，晶體結構保持完整，晶面暴露度最大。XRD分析結果顯示，制備的材料為純TiO2單晶，晶胞參數與標準數據吻合良好。UV-vis測試結果顯示，在紫外光照射下，該光催化材料吸收較強的可見光，具有良好的光催化活性。熒光光譜儀測試結果顯示，樣品的熒光強度較低，進一步證明了光生電子-空穴對的有效分離。電化學工作站測試結果表明，制備的材料具有良好的電池活性。

4.光催化性能評估

將制備的光催化材料與甲基橙溶液一起置于紫外光照射下，定期取樣檢測甲基橙的降解率。實驗結果表明，該光催化材料對甲基橙的降解率在60分鐘內達到90%以上，表現出較好的光催化性能。此外，通過對比實驗發現，不添加聚乙二醇時制備的材料光催化活性較低，表明聚乙二醇可以作為模板劑，調控TiO2晶面暴露度，提高光催化性能。

5.結論

本文以水熱法制備了一種暴露晶面TiO2單晶復合光催化材料，并對其結構和性能進行了詳細的研究。實驗結果表明，聚乙二醇作為模板劑，能夠有效提高光催化材料的晶面暴露度，在紫外光照射下具有良好的光催化活性。這為制備高效光催化材料提供了新的思路和方法。此外，本研究所得的光催化材料還具有良好的電池活性，可在光電器件等領域有廣泛的應用前景綜上所述，本研究成功制備了一種純TiO2單晶復合光催化材料，并通過一系列測試評估了其結構和性能。實驗結果表明，該材料具有良好的晶胞參數和光催化活性，在紫外光照射下能夠吸收較強的可見光，并對甲基橙的降解率達到90%以上。熒光光譜儀測試進一步證明了光生電子