Strong visible absorption and excellent photocatalytic performance of brown TiO_2 nanoparticles synthesized using one-step low-temperature process  

一步低温法制备可见光响应的棕色纳米TiO_2及其光催化性能（英文）

作　　者：王婷[1] 黎婉雯 许丹丹[1] 吴轩民 曹丽伟[1] 孟建新[1] 

机构地区：[1]暨南大学化学系,广东广州510632

出　　处：《Chinese Journal of Catalysis》2017年第7期1184-1195,共12页催化学报（英文）

基　　金：supported by Teamwork Project Funded by Guangdong Natural Science Foundation(S2013030012842)~~

摘　　要：particle size （5.0 nm）, large specific surface area （213.45 m1 2/g）, and efficient response to broadband light over the entire ultraviolet-visible spectrum with a narrow band gap of 1.84 eV. In addition, TiO2 -180℃ exhibited the optimal reaction rate constant for the degradation of methylene blue （0.08287 mg/（Lmin））, which is six times higher than that of the mixed rutile/anatase phase TiO2 photocatalytic standard P25 （0.01342 mg/（L min））. Furthermore, cycling photodegradation ex-periments confirmed the stability and reusability of this catalyst. The unique physicochemical properties resulting from the low-temperature preparation of TiO2 -180℃, including its broadband visible absorption associated with a high concentration of oxygen vacancies, large surface area, and enriched surface -OH/H2O may be responsible for this excellent photocatalytic performance. The use of as-prepared TiO2 -180℃ for practical applications is expected after further optimization.光催化作为一种具有前景的技术,被广泛运用于有机物降解、废水处理、空气净化、抗菌、太阳能电池等领域.在众多的光催化材料中,纳米TiO_2因具有性质稳定、耐腐蚀、廉价和无毒等优点而受到广泛关注.但纳米TiO_2禁带宽度较大(3.2 eV)、只对紫外光有响应及电子-空穴对易复合等特性限制了它的应用.因此,提高纳米TiO_2的可见光响应一直是研究的热点.本文发展了一种在低温下制备棕色纳米TiO_2的改良溶胶-凝胶法.该法以钛酸四丁酯为钛源,无水乙醇为溶剂,形成溶胶后无需陈化和高温高压,在简单温和的条件下即可制备出棕色纳米TiO_2.比较了低温干燥和高温焙烧两种处理方法,结果表明,随着制备温度的升高,样品的粒子尺寸增大,比表面积减小,颜色从白色转变为棕色,在更高的温度又变浅.样品的可见光吸收在180°C时达到最大,随后减弱.在优化温度180°C下制备的TiO_2-180°C纳米粒子不仅具有较小的粒径(5.0 nm),较大的比表面积(213.45 m^2/g),且在整个紫外-可见光区都具有较强的吸收,其禁带宽度低至1.84 eV.X-射线光电子能谱结果表明,TiO_2粒子表面的–OH/H_2O含量随制备温度升高而先增加后下降.Raman光谱中Eg峰的移动和变宽表明TiO_2晶格可能存在缺陷或氧空位,而TiO_2-180°C纳米粒子的电子顺磁共振图谱的g值在2.003左右,对应氧空位中的未成对电子,验证了以上推测.其中TiO_2-180°C纳米粒子呈现为最强的EPR信号,表明其晶格内存在最高浓度的氧空位,这是其具有强可见光吸收的原因.光催化实验结果表明,在可见光照射下,TiO_2-180°C可高效降解亚甲基蓝(MB).当C(MB)=10mg/L,p H=4,催化剂添加量为0.07 g时,TiO_2-180°C催化剂的光催化活性达到最佳,光照1 h后MB降解率达到99.33%,反应速率常数(0.08287 mg/(L×min))约为同条件下P25(0.01342 mg/(L×min))的6倍.同时,TiO_2-180°C催化剂在不同单色光下的光催�

关 键 词：Titanium dioxide Visible light Broadband absorption Oxygen vacancy Photocatalytic degradation 

分 类 号：O643.36[理学—物理化学]