0引言

随着科学技术不断发展，虽然人类享受了高科技带来的先进成果但对于资源的需求也逐渐增大。其中占地球99%以上的太阳能为可再生的清洁能源，对于其的开发成为了广大学者的关注热点。二氧化钛（TiO₂）是一种物化性质稳定的n型宽禁带半导体材料，具有无毒害、易制备等优点，在光催化、光电转换等领域有着广阔的应用前景。

二氧化钛纳米管是纳米二氧化钛的新一种存在方式，自1998年日本Kasuga小组首次合成以来，国内外科学家开始了对二氧化钛纳米管的大量研究，二氧化钛纳米管阵列具有更大的比表面积与吸附能力，有望提高二氧化钛的光催化性能。

本文通过多种手段对预先制备的二氧化钛纳米管进行表征，并使用光催化系统进行对甲基蓝与亚甲基蓝的降解实验，发现二氧化钛纳米管对于两类有机染料有一定的降解效果。

1实验部分

1.1 试剂

甲基蓝、亚甲基蓝、蒸馏水、二氧化钛纳米管。

1.2 仪器

采用扫描电子显微镜（型号：蔡司sigma500）、透射电子显微镜、X射线衍射仪（布鲁克D8）对二氧化钛纳米管进行形貌、晶体结构的表征；紫外-可见分管光度计研究催化剂对光吸收性能。

1.3 材料表征

按平台标准程序对材料进行表征，其中使用扫描电子显微镜表征过程中对二氧化钛纳米管样本做喷Pt处理。

1.4催化降解实验过程

取10mg二氧化钛纳米管超声分散在一份50mL 20mg/L的甲基蓝溶液中，另取等量二氧化钛纳米管超声分散在同样浓度的亚甲基蓝溶液中，立即取样使用紫外-可见分光光度计测量吸光度，倒入水冷套光催化反应器中，使用氙灯照射并磁搅拌，并于反应开始后8分钟、16分钟分别测量其吸光度。

2结果与讨论

2.1 XRD分析

XRD 图谱如图1所示，样品在 2θ = 25.3°、37.8°、48.0° 等处出现明显衍射峰，参考JCPDS No. 21-1272（见图2）分别对应锐钛矿型 TiO₂ 的 (101)、(004)、(200) 晶面。参考JCPDS No. 21-1276（见图二）图谱中未见金红石或板钛矿的特征峰，表明所制备的 TiO₂ 纳米管具有良好的结晶性，且相组成较为纯净。

图1 二氧化钛纳米管 X射线衍射图谱

图2 XRD patterns of (a) TiO 2 anatase (JCPDS card no. 21-1272), (b) TiO 2 rutile (JCPDS card no. 21-1276), and (c) TiO 2 brookite (JCPDS card no. 29-1360).

2.2 SEM分析

采用扫描电子显微镜对制备的TiO₂纳米管进行观察。如组图3所示，可清晰看到纳米管的中空圆柱状形态，其直径约为400 nm，长度可达微米级，表面相对光滑，未观察到明显断裂或坍塌现象，表明管状结构较为完整；同时对样本使用能谱仪进行Mapping面扫分析结果表明样本主要含氧及钛，未见其他杂质干扰纯净度好。

组图3 扫描电镜-能谱分析

2.3 TEM分析

由组图4可见，透射电子显微镜表征清晰证实了纳米管的中空管状结构，管壁薄且均匀，直径分布一致，端口开口明显，进一步印证了扫描电镜的观察结果。纳米管呈现良好的形貌完整性和分散性，未观察到明显杂质或颗粒性沉积，说明制备工艺具备较高的可控性。此类中空纳米结构将为后续催化性能提供优异的结构基础。

图4 透射电镜分析

2.4催化降解实验中紫外-可见分光谱分析

为评估不同反应设备条件下样品的光催化性能，分别在两套反应装置中开展了三次平行实验，并通过紫外-可见吸收光谱对反应溶液在400–800 nm波段的吸光度进行了监测。如图5所示六条曲线分别对应两个反应设备的平行测量结果，左侧三组峰为甲基蓝的特征峰，右侧两组峰为亚甲基蓝特征峰。

从测试结果可见，第一组甲基蓝峰吸收值降低明显，表明反应过程中染料降解较为充分，残余染料浓度较低。与之相比，第二组亚甲基蓝曲线在同一波段的吸光度值略高，显示出催化降解效率稍低的趋势。

此外，两套反应设备的三次平行实验曲线在峰位和吸收强度方面均表现出良好的一致性，说明实验过程重复性较好，数据具有可靠性。综合对比分析，第一组甲基蓝反应设备在使用二氧化钛纳米管相同反应条件下表现出更优的光催化降解性能，而第二组二氧化钛纳米管在亚甲基蓝降解上性能略次。

图5 紫外-可见分光光谱图

3结果与展望

综上所述，通过对比两套反应设备的平行光催化实验，可以看出二氧化钛纳米管对于甲基蓝与亚甲基蓝染料分子的降解具有一定催化活性。实验结果进一步验证了二氧化钛纳米管所具备的高比表面积、中空管状结构和良好的分散性对增强光催化活性的积极作用，为后续进一步开展改性研究打下基础。

受限于实验条件，本研究未对二氧化钛纳米管的具体性能量化评估，也未测量二氧化钛纳米管在光催化过程中的循环稳定性，后续将会逐步开展相关实验。