水浴法后处理制备锐钛矿纳米管的浅析

　　纳米Ti O2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Ti O2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Ti O2三种晶相中，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X-3 B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X-3 B(杭州化学试剂有限公司，分析纯).
　　磁力搅拌器;氛气灯(PLS-SXE300C/300UV ) ;离心机(HERMLE 2324);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160 mI的10 mol/I的NaOH溶液的烧杯中，超声分散10 min.然后将悬浮液装入200 mI的聚四氟乙烯高压反应釜，密封后于110 水热反应22 h.待反应完成后冷却至室温，去除上清液，将沉淀物用0. 1 mol/I的HCl洗至pH=1，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24 h,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200 mI的去离子水中，磁力搅拌10 min,80 水浴加热。,3,6,12,18,24,30 h(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7 0 0C烘干24 h，得到锐钛矿型纳米管.
　　1. 4材料表征
　　高分辨率TEM采用JEM-100CX型电镜;XRD采用Panalytical公司生产的XPert PRO型X射线衍射仪(XRD)分析.X射线源为Cu靶Ka射线O =0. 154 056 nm)，电压40 kV，电流40 mA;BET分析采用Micromeritics ASAP 2020型仪器进行分析，在N:吸附前，150 脱气5h;活性艳红X-3 B浓度测定采用TU-1810型紫外A7见分光光度计;固体紫外河见吸收光谱采用岛津UV-2450紫外可见分光光度计.
　　1. 5光催化降解实验
　　配置0. 5 I的20 mg/I活性艳红X-3 B溶液，置于容量为0. 5 I烧杯中.向其中加入质量浓度为1/I的光催化剂，在暗处吸附30 min以达到活性艳红X-3 B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400 nm)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10 min取样5 mL, 10 000 r/min离心后用0. 22 pm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(536 nm)的吸光度，得到活性艳红X-3 B质量浓度随光照时间的变化曲线.
　　2结果与分析
　　2. 1 TEM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10 nm，内径约7 nm，长度在50-100 nm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12 h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50-100 nm之间，表明纳米管结晶度提高.为80 水浴处理30 h后的纳米管，钛酸管发生碎裂为小段，外径为10 nm，长约为20 nm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30 h后微弱改变了纳米管的紫外光区的吸收光谱.在紫外光区(400 nm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.