二氧化钛因其低成本、无毒、化学稳定性和高抗光腐蚀性,已成为研究最广泛的各种应用的光催化剂之一。然而,二氧化钛材料的光催化效率由于其宽带隙(3.0-3.2eV)和光生成电子和空穴的快速重组,其低量子效率受到了很大的限制。
尽管最近取得了很大的进展,但仍然难以制备比现有的P25-TiO2具有更高的光催化活性的二氧化钛材料。研究表明,商用P25的良好性能源于其部分接触锐钛矿和金红石纳米颗粒。光激发电子在锐钛矿-金红石界面上的转移增强了电荷分离,从而产生了较高的光催化性能。
表面位置和结构是光催化剂的另一个关键问题,因为只有在表面有光诱导电子和空穴时,才会发生反应。最近,人们合成了各种二氧化钛纳米结构来增加表面活性位点和调整界面化学性质,如二氧化钛单晶,二氧化钛介晶,杂原子掺杂二氧化钛,黑色的二氧化钛等。其中,介孔二氧化钛材料因其高表面积、大孔径而特别受关注。这不仅增加了具有高可及性的活性位点的密度,而且促进了反应物和产物的扩散。因此,即使是合成的二氧化钛材料,商业P25的低表面积和多孔结构较差,也明显限制了它的性能。到目前为止,通过各种方法合成介孔二氧化钛材料已经做出了相当大的努力。然而,这些方法通常会产生中观结构不良、结晶度差、孔隙率低的产物,这不利于提高光催化性能。此外,目前还没有关于合成具有可控的锐钛矿-金红石比、密切接触相结和高结晶度的介孔二氧化钛材料的报道。
以F127为模板,以钛酸四丁酯(TBOT)为前体,以盐酸为溶剂,介导Ti4+离子的配位模式,合成了中P25。此外,利用乙酸(HOAc),使TBOT能够有效地匹配与F127的协同组装。合成的具有均匀球形形态的二氧化钛由锐钛矿和金红石纳米颗粒组成,锐钛矿/金红石比值为77:23,,与商用P25(79:21)相似。但介孔TiO2的比表面积高于商业P25。更重要的是,通过改变盐酸的浓度,可以很好地调整锐钛矿/金红石比率(金红石百分比:0-100)。
合成方法:介孔P25是通过协调介导的自组装策略合成的。通常,将1.5 g Pluronic F127 与 2.0 g盐酸、2.0gHOAc、3.4 g TBOT和30 ml THF混合,形成透明透明的黄色溶液。然后,将合成的溶液转移到烧杯中,然后将其放在烘箱中,在40°C下蒸发溶剂20小时,在80°C下再蒸发8小时,形成白色粉末。最后,将白色粉末分别在氮气(N2)和400 °C空气中煅烧3h,得到介孔P25。通过调整盐酸的使用,可以获得不同锐钛矿与金红石比例(金红石从0到100)的介孔二氧化钛微球。
TEM and SEM
XRD patterns, Raman spectra, nitrogen adsorption–desorption isotherms and UV-Vis diffuse reflectance spectra
参考文献:Chem. Sci., 2019,10, 1664-1670 .