水浴法后处理制备锐钛矿纳米管的浅析

　　纳米TiO2是一种重要的半导体功能材料，因其具有环境友好性、经济性及光电转换高效性等优越性能，其在传感器、介电材料、光电材料以及光催化剂等领域具有广泛的应用前景。自kasuga采用浓碱水热法叫制备出TiO2纳米管以来，由于其良好的形貌和较大的比表面积，科研工作者们进行了探索和研究，并取得了一些进展。但是大量的研究集中于钛酸盐纳米管，由于其光电转换效率比较低下，催化活性偏低，其应用受到了一定程度的限制一般来说，在TiO2三种晶相中，锐钛矿晶型的催化活性是最好的困，促进钛酸盐纳米结构的晶相转变到了研究者们的重视，在保持钛酸盐纳米管的形状、大的比表面积、提高钛酸盐纳米管电子空穴对的分离。通常采用的高温锻烧法能使纳米结构发生晶相变化，但是锻烧过程中纳米管结构容易坍塌，比表面在高温过程中会急剧下降，高温过程比较耗能，晶型不容易控制。
　　本研究采用水浴法，将制备的钛酸盐纳米管分散于去离子水中，80水浴加热，促进其锐钛矿晶相生长，钛酸盐片层结构向锐钛矿纳米结构转变。制备出的纳米管以活性艳红X3B模拟有机废水，测试了纳米管的光催化性能并对其进行了表征。
　　1实验部分
　　1。1实验材料
　　NaOH（杭州化学试剂有限公司，分析纯）；HCl（杭州化学试剂有限公司，分析纯）；活性艳红X3B（杭州化学试剂有限公司，分析纯）。
　　磁力搅拌器；氛气灯（PLSSXE300C300UV）；离心机（HERMLE2324）；真空干燥箱（DZCr6050型）；高压反应釜（北京天舟海泰科技有限公司，200mL）。
　　1。2钛酸纳米管制备
　　钛酸盐纳米管的制备采用浓碱水热法，29的P25纳米粉体加入装有160mI的10molI的NaOH溶液的烧杯中，超声分散10min。然后将悬浮液装入200mI的聚四氟乙烯高压反应釜，密封后于110水热反应22h。待反应完成后冷却至室温，去除上清液，将沉淀物用0。1molI的HCl洗至pH1，浸泡3h。然后用去离子水洗至中性，离心分离后将纳米管置于真空干燥箱70烘干24h，得到钛酸纳米管。
　　1。3锐钛矿钛米管制备
　　将1g钛酸纳米管分散于200mI的去离子水中，磁力搅拌10min，80水浴加热。，3，6，12，18，24，30h（其中Oh为水浴处理前的钛酸纳米管），然后将得到的纳米管离心分离，置于真空干燥箱700C烘干24h，得到锐钛矿型纳米管。
　　1。4材料表征
　　高分辨率TEM采用JEM100CX型电镜；XRD采用Panalytical公司生产的XPertPRO型X射线衍射仪（XRD）分析。X射线源为Cu靶Ka射线O0。154056nm），电压40kV，电流40mA；BET分析采用MicromeriticsASAP2020型仪器进行分析，在N：吸附前，150脱气5h；活性艳红X3B浓度测定采用TU1810型紫外A7见分光光度计；固体紫外河见吸收光谱采用岛津UV2450紫外可见分光光度计。
　　1。5光催化降解实验
　　配置0。5I的20mgI活性艳红X3B溶液，置于容量为0。5I烧杯中。向其中加入质量浓度为1I的光催化剂，在暗处吸附30min以达到活性艳红X3B在催化剂表面吸附祖兑附平衡。将悬浮液置于氛气灯下紫外光（波长镇400nm）照射，不断的磁力搅拌，恒温冷却系统保持光催化反应温度恒定为20。每隔10min取样5mL，10000rmin离心后用0。22pm醋酸纤维膜过滤，采用紫外河见分光光度计测定水样在最大吸收波长处（536nm）的吸光度，得到活性艳红X3B质量浓度随光照时间的变化曲线。
　　2结果与分析
　　2。1TEM分析
　　钛酸纳米管的高分辨透射电镜图，黑白寸度表明纳米管外径约10nm，内径约7nm，长度在50100nm之间，晶格条纹不明显，说明钛酸结晶度比较低。为80水浴处理12h后的纳米管，其尺寸与结构与水浴前相比基本没有发生变化，长度为50100nm之间，表明纳米管结晶度提高。为80水浴处理30h后的纳米管，钛酸管发生碎裂为小段，外径为10nm，长约为20nm的纳米管一般来说，钛酸纳米管的失水分为两种，一种是片层间的失水，一种为片层内的失水，剧烈的失水会改变纳米管的形态，锻烧通常会改变钛酸纳米管的形貌。
　　2。2催化剂的紫外河见吸收光谱
　　80水浴30h后微弱改变了纳米管的紫外光区的吸收光谱。在紫外光区（400nm以下），水浴加热使纳米管对紫外光线的吸收能力一定程度增强，并且水浴法处理后，锐钛矿型纳米管对于光的吸收带边界发了一定程度的红移，能吸收更大波长范围的光，水浴后纳米管的禁带变窄。
　　3结论
　　采用浓碱水热法制备了钛酸盐纳米管，并使其在80水浴过程发生晶相转变，制备出了锐钛矿纳米管，其形貌随处理时间变化，但保持了钛酸盐纳米管的长管型的基础结构。水浴后纳米管比表面下降，但是由于形成了光催化活性高的锐钛矿，结晶度得到提高，使得纳米管降解目标底物的光催化活性显著提高，这对于Ti02纳米管的应用推广具有积极意义。