铝掺杂花状TiO2的制备与光催化性能提升

"Al掺杂花状金红石型TiO2的制备及其光催化性能" 二氧化钛（TiO2）作为一种重要的过渡金属氧化物半导体材料，因其稳定性高、无毒性、成本低廉等特点，在光催化领域得到了广泛的研究。然而，TiO2的宽带隙特性使得它主要只能吸收紫外光，这限制了其在光催化活性上的提升以及在实际应用中的潜力。为了解决这一问题，研究人员采取了一种创新的方法，即通过铝掺杂（Al-doping）来改性TiO2，以增强其对可见光的响应能力。 在本研究中，科研团队以铝化钛（TiAl）作为钛源，并采用盐酸（HCl）作为形貌控制剂，利用水热法制备出了花状结构的铝掺杂金红石型TiO2（Al-TiO2）。这种独特的花状结构由沿[001]方向生长的TiO2单晶纳米棒组成，其特殊形态有助于提高光催化反应的表面积，从而可能增强光催化性能。 通过X射线光电子能谱（XPS）和紫外可见吸收光谱（UV-vis）的分析，研究者发现Al掺杂TiO2（Al-TiO2）的光吸收性能显著优于商业化的P25 TiO2。这可能是由于Al3+离子替代了TiO2晶格中的部分Ti4+，使得导带位置下移，进而减小了材料的带隙。这种带隙的减小意味着Al-TiO2能够吸收更多的可见光，扩大了其光响应范围。 在紫外可见光照射下，Al-TiO2表现出优异的光催化性能，对甲基橙的降解效率在60分钟内可达85%，远高于P25 TiO2的效率，显示出其在光催化降解污染物方面的巨大潜力。这种改进的光催化活性对于环境净化和可持续能源应用具有重大意义，因为提高可见光响应能力将极大地拓宽TiO2在太阳能转换、空气净化和水处理等领域的应用。 关键词：Al-掺杂；水热合成；可见光响应；光催化降解 这篇论文属于"首发论文"类别，详细探讨了Al掺杂如何改善金红石型TiO2的光催化性能，特别是通过改变其带隙结构和形貌，使得TiO2能更有效地利用可见光，这对于推动光催化技术的发展具有重要的理论和实践价值。