TiO2同质体材料的拓扑转变合成及其性能的研究

doi:10.3969/j.issn.1672-6952.2022.03.007

辽宁石油化工大学学报 ›› 2022, Vol. 42 ›› Issue (3): 37-41.DOI: 10.3969/j.issn.1672-6952.2022.03.007

TiO₂同质体材料的拓扑转变合成及其性能的研究

陈常东(), 李哲, 李珂, 丛金莹, 杨宇航, 王芳芳

辽宁石油化工大学石油化工学院，辽宁抚顺 113001

收稿日期:2021-09-02 修回日期:2022-03-18 出版日期:2022-06-25 发布日期:2022-07-18
作者简介:陈常东（1984⁃），男，博士，讲师，从事层状化合物及纳米金属氧化物的设计与制备、晶面工程学、光（电）催化材料等方面研究；E⁃mail：chencd1984@gmail.com。
基金资助:
教育部“春晖计划”合作科研项目(2020703?8);国家留学基金委公派访学学者面上项目(CSC202008210025);辽宁省教育厅科学技术研究项目(L2019036);辽宁石油化工大学科研启动基金项目(2016xJJ?075);辽宁石油化工大学创新创业训练计划项目(201910148145)

Topological Transition Synthesis and Properties of TiO₂ Homogeneous Materials

Changdong Chen(), Zhe Li, Ke Li, Jinying Cong, Yuhang Yang, Fangfang Wang

School of Petrochemical Engineering，Liaoning Petrochemical University，Fushun Liaoning 113001，China

Received:2021-09-02 Revised:2022-03-18 Published:2022-06-25 Online:2022-07-18

摘要/Abstract

摘要：

采用H₄_x_/3Ti_2-_x_/3□ _x_/3O₄·nH₂O（HTO）为前驱体原料，通过水浴浸渍的方式在HTO的表面负载纳米级氧化钛颗粒（ST01），采用焙烧的方法拓扑合成TiO₂同质结构复合材料。利用X射线衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman）等测试手段，详细研究了焙烧温度对TiO₂相变过程的影响。结果表明，HTO随着温度的升高逐渐由单斜结构的TiO₂（B）转变成锐钛矿结构，再转变至金红石结构，且形成多种不同结构、组成的TiO₂同质复合体材料。以罗丹明B（RhB）为污染物模型进行降解实验，600 ℃时样品的光催化活性明显高于其他样品，主要是由于此时样品的电子与空穴分离效率较高，说明同质复合体TiO₂结构和组成影响了其光催化活性。此外，染料敏化太阳能电池（DSSCs）实验表明，600 ℃时样品的光电性能较高，其原因是二维片状形貌有助于光生载流子的快速迁移。

关键词: TiO₂, 同质结构, 拓扑相变, 光（电）催化

Abstract:

In this work, the HTO (H₄_x_/3Ti_2-_x_/3□ _x_/3O₄·nH₂O) was used as the precursor raw material, and the nanoscale titanium oxide particles (ST01) were loaded on the surface of the HTO by water bath impregnation, and the TiO₂ homogeneous structure composite was topologically synthesized by calcination method. Using X?ray diffraction （XRD）, Raman spectroscopy (Raman) and other testing methods, the effect of calcination temperature on the phase transition process with titanium dioxide was studied in detail. The results indicate that the HTO can transfer to TiO₂（B）, anatase TiO₂ and rutile TiO₂ with increased temperatures, and the TiO₂ homophase composites are obtained with various structure and content of TiO₂. The degradation experiment was carried out with Rhodamine B （RhB） as the pollutant model. The photocatalytic activity of the sample at 600 ℃ is significantly higher than that of other samples, mainly because the separation efficiency of electrons and holes of the sample is the highest at this time, indicating that the structure and composition of homogeneous composite TiO₂ affect its photocatalytic activity. In addition, dye?sensitized solar cell （DSSCs） experiments show that the reason for the higher optoelectronic performance of the samples at 600 ℃ is that the two?dimensional sheet?like morphology facilitates the rapid migration of photogenerated carriers.

Key words: Titanium dioxide, Homogeneous structure, Topotactic phase transformation, Photocatalysis

中图分类号:

TE09

陈常东, 李哲, 李珂, 丛金莹, 杨宇航, 王芳芳. TiO₂同质体材料的拓扑转变合成及其性能的研究[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2022, 42(3): 37-41.

Changdong Chen, Zhe Li, Ke Li, Jinying Cong, Yuhang Yang, Fangfang Wang. Topological Transition Synthesis and Properties of TiO₂ Homogeneous Materials[J]. Journal of Liaoning Petrochemical University, 2022, 42(3): 37-41.

图/表 6

图1 HTO的XRD图谱、SEM图和ST01的SEM图（a） HTO的XRD图谱（b） HTO的SEM图（c） ST01的SEM图

图2 不同焙烧温度下合成的同质结构TiO2材料的XRD图谱

图3 HTO前驱体制备TiO2的相变过程示意图

图4 不同焙烧温度下合成的同质结构TiO2材料降解罗丹明B的效果

图5 不同焙烧温度下合成的同质结构TiO2材料表面光电压曲线

图6 不同焙烧温度下合成的同质结构TiO2材料的电池特性曲线

参考文献 16

1	Fujishima A， Honda K. Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode［J］. Nature， 1972， 238：37⁃38.
2	O'Regan B， Grätzel M. A low⁃cost， high⁃efficiency solar cell based on dye⁃sensitized colloidal TiO₂ films［J］. Nature， 1991， 353：737⁃740.
3	Wen P， Itoh H， Tang W， et al. Single nanocrystals of anatase⁃type TiO₂ prepared from layered titanate nanosheets： Formation mechanism and characterization of surface properties［J］. Langmuir， 2007， 23：11782⁃11790.
4	王鑫，张静. CdS异相结的固相法制备及其光催化性能［J］. 辽宁石油化工大学学报， 2019， 39（3）：30⁃34.
5	Deng Y， Tang L， Zeng G， et al. Plasmonic resonance excited dual Z⁃scheme BiVO₄/Ag/Cu₂O nanocomposite： Synthesis and mechanism for enhanced photocatalytic performance in recalcitrant antibiotic degradation［J］. Environmental Science： Nano， 2017， 4：1494⁃1511.
6	Ren K， Tang W， Sun M， et al. A direct Z⁃scheme PtS₂/arsenene van der Waals heterostructure with high photocatalytic water splitting efficiency［J］. Nanoscale， 2020， 12：17281⁃17289.
7	Kawawaki T， Mori Y， Wakamatsu K， et al. Controlled colloidal metal nanoparticles and nanoclusters： Recent applications as cocatalysts for improving photocatalytic water⁃splitting activity［J］. Journal of Materials Chemistry A， 2020， 8：16081⁃16113.
8	Derr J B， Tamayo J， Clark J A， et al. Multifaceted aspects of charge transfer［J］. Physical Chemistry Chemical Physics， 2020， 22（38）： 21583⁃21629.
9	Fu A， Chen X， Tong L， et al. Remarkable visible⁃light photocatalytic activity enhancement over Au/p⁃type TiO₂ promoted by efficient interfacial charge transfer［J］. ACS Applied Materials & Interfaces， 2019， 11：24154⁃24163.
10	Tang J， Quan H， Ye J. Photocatalytic Properties and photoinduced hydrophilicity of surface⁃fluorinated TiO₂［J］. Chemistry of Materials， 2007， 19：116⁃122.
11	Tian J， Hao P， Wei N， et al. 3D Bi₂MoO₆ nanosheet/TiO₂ nanobelt heterostructure： Enhanced photocatalytic activities and photoelectochemistry performance［J］. ACS Catalysis， 2015， 5：4530⁃4536.
12	Chen C， Luo F， Li Y， et al. Single⁃crystalline rutile TiO₂ nanoleaf： Simple topochemical synthesis and light⁃scattering effect for dye⁃sensitized solar cells［J］. Materials Letters， 2017， 196：50⁃53.
13	Migani A， Blancafort L. Excitonic interfacial proton⁃coupled electron transfer mechanism in the photocatalytic oxidation of methanol to formaldehyde on TiO₂（110）［J］. Journal of the American Chemical Society， 2016， 138：16165⁃16173.
14	Liu X， Dong G， Li S， et al. Direct observation of charge separation on anatase TiO₂ crystals with selectively etched ｛001｝ facets［J］. Journal of the American Chemical Society， 2016， 138：2917⁃2920.
15	Hesari H， Mao X， Chen P. Charge carrier activity on single⁃particle photo（electro）catalysts： Toward function in solar energy conversion［J］. Journal of the American Chemical Society， 2018， 140：6729⁃6740.
16	Chen C， Sewvandi G， Kusunose T， et al. Synthesis of ｛010｝⁃faceted anatase TiO₂ nanoparticles from layered titanate for dye⁃sensitized solar cells［J］. CrystEngComm， 2014， 16：8885⁃8895.

[1]	张君儒, 卢宝印, 李金权, 昝宇宁, 王文广. 原位纳米粒子增强Al基复合材料的微观组织及高温力学性能[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2023, 43(2): 26-34.
[2]	常帅康, 刘闯, 李坤宸, 李波, 王芳芳, 陆彩云, 陈常东. 介观TiO₂晶体材料的拓扑转变合成及其性能[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2023, 43(1): 27-31.
[3]	王宁, 赵振涛, 马坤怡, 邢锦娟. 矿物材料负载TiO₂光催化研究进展[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2021, 41(3): 1-9.
[4]	苏　罡, 桂建舟, 范景新,等. 低温混合碳四在SO^{2 -}₄ /TiO₂/HZSM -5催化剂上的芳构化反应[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2006, 26(2): 1-4.

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