通过水热-煅烧法合成具有高反应活性表面的二氧化钛（TiO2）微晶体，以增强其对罗丹明B（Rhodamine B）的光催化降解作用

《ChemistrySelect》：Hydrothermal-Calcination Synthesis of TiO2 Microcrystals With Highly Reactive Facets for Enhanced Photocatalytic Degradation of Rhodamine B

　　

摘要

一系列基于H₂Ti₃O₇前驱体合成的TX-TiO₂样品，在宽温度范围（180°C–1050°C）内使用NH₄F作为形貌控制剂制备。这些样品表现出明显的相变和晶面演变：纯锐钛矿相（T180-TiO₂至T750-TiO₂），具有暴露的{101}、{010}和[111]晶面；锐钛矿/金红石混合相（T800-TiO₂至T900-TiO₂），具有暴露的{010}/{101}和{110}晶面；以及纯金红石相（T950-TiO₂至T1050-TiO₂），其形貌接近棒状且不规则，缺乏明显的优势晶面。这种系统的演变为建立晶面暴露与光催化性能之间的定量结构-活性关系提供了理想模型。这些样品通过粉末X射线衍射（XRD）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）、透射电子显微镜（TEM）、高分辨率TEM（HRTEM）、氮吸附、X射线光电子能谱（XPS）和紫外-可见-近红外光谱（UV–vis–NIR光谱）进行了系统表征。光催化评估显示，具有{010}晶面的T700-TiO₂表现出最高的降解率（94.0%）和表观速率常数（0.0217 min^?1），优于其他TX-TiO₂样品和商业化的CM-TiO₂。即使在按照比表面积进行归一化后，T700-TiO₂仍然保持最高的内在活性（6.14×10^?4 min^?1·g·m^?2），证实了其卓越的内在反应活性。T700-TiO₂优异的光催化活性归因于其暴露的{010}晶面、高结晶度以及纯净的锐钛矿结构。

图形摘要

通过NH₄F辅助的水热处理和煅烧（500°C–1050°C），从H₂Ti₃O₇前驱体制备了一系列具有系统演变晶面的TX-TiO₂微晶体。观察到从具有{010}、{101}和[111]晶面的锐钛矿相向金红石相的系统性演变。T700-TiO₂的最高光催化活性归因于其暴露的{010}晶面、高结晶度以及纯净的锐钛矿结构的协同效应。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

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