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近年来,半导体光催化剂在水和空气中的污染物降解方面的应用引起了各国研究者极大的兴趣。在众多半导体光催化剂中,二氧化钛(TiO<,2>)因其光催化活性高、稳定性好而倍受关注。
本文采用水热法,以四氯化钛为主要原料,以水和不同种类的离子液体的混合溶剂为介质合成了锐钛矿相、金红石相及锐钛矿相与金红石相的混晶结构纳米TiO<,2>,采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见光谱(UV-Vis)拉曼光谱(Raman)等测试手段研究了离子液体的浓度、反应时间、反应温度等因素对纳米TiO<,2>的粒径、形貌、晶型的影响。结果表明:
(1)当所用离子液体为[BMIM]<+>BF<,4><->时,产物为单一锐钛矿相纳米TiO<,2>,所得晶粒结晶完整。优化反应条件可实现对粉体性质的控制,因此考察了不同反应条件对制备锐钛矿相纳米TiO<,2>的影响,发现离子液体浓度增大,反应温度升高,反应时间延长晶体生长的更加完美,但晶粒尺寸增大;产物的形貌随离子液体的浓度而变化。
(2)当离子液体为[BMIM]<+>Cl<->时,产物为金红石型及锐钛矿与金红石的混晶,产物的形貌随着离子液体的浓度的变化而变化,离子液体浓度为38%时,产物为单分散的纳米棒;浓度为51%时,纳米棒发生自组装,以一个点为中心,向四周发散生长;浓度为57%时,产物自组装为纳米棒组成的花形结构。
(3)当离子液体为[C<,2>OHMIM]<+>Cl<->时,产物的晶型为纯态的金红石型,形貌为单分散的球形,并对产物进行了表征。
对三种不同离子液体为介质制备的样品,以罗丹明B为目标降解物,根据光照下染料降解率分别考察了它们的光催化活性。探讨了离子液体浓度、反应温度、反应时间等因素对产物光催化活性的影响。试验结果表明:三种不同介质制备的TiO<,2>光催化剂对罗丹明B染料水溶液都具有几乎完全降解作用,找到了使用不同离子液体时的最佳光催化剂的合成条件:离子液体为[BMIM]<+>BF<,4><->时,离子液体的用量为10%,反应温度为150℃,时间24h;离子液体为[BMIM]<+>Cl<->和[C<,2>OHMIM]<+>Cl<->时,离子液体浓度为51%,反应温度150℃,时间24h。