王飛鴻， 潘昆明， 朱鵬飛， 徐流杰， 趙 陽(yáng)， 朱宏喜

(1.河南科技大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，河南 洛陽(yáng) 471000；2.河南科技大學(xué) 金屬材料磨損控制與成型技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心，河南 洛陽(yáng) 471000)

全球能源危機(jī)日益加重，由此引發(fā)的環(huán)境污染問(wèn)題也不容忽視。儲(chǔ)存太陽(yáng)能及降解有機(jī)污染物，是克服當(dāng)前全球能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題的重要途徑，被科學(xué)界廣泛關(guān)注[1-3]。

光觸媒材料在污水治理過(guò)程中表現(xiàn)突出，在眾多光觸媒材料中TiO2以其優(yōu)異的催化性、化學(xué)和光穩(wěn)定性、親水性及合適的帶隙等被廣泛認(rèn)可。然而，作為n型寬帶隙半導(dǎo)體，TiO2具有間接激發(fā)特性，量子產(chǎn)率較低，光吸收帶相對(duì)有限，電子遷移率低，制備過(guò)程需要高溫?zé)Y(jié)，在降解芳香烴化合物時(shí)易催化失活。因此，對(duì)TiO2的改性研究從未間斷過(guò)，包括形貌控制、結(jié)構(gòu)納米化、半導(dǎo)體摻雜、貴金屬沉積、二次半導(dǎo)體耦合、表面超酸化[4]、敏化[5]等，使得TiO2具有更寬的光譜吸收帶和更高的化學(xué)穩(wěn)定性。近年來(lái)，多孔γ-Al2O3已被用作與TiO2復(fù)合改性的載體材料[6-9]。言文遠(yuǎn)等[10]利用分步水熱的方法使氧化石墨烯與TiO2形成復(fù)合粉體，并在第一步水熱過(guò)程中通過(guò)調(diào)節(jié)HF的濃度制備出具有高活性的(001)和(101)晶面的納米TiO2。徐彬等[11]采用溶膠-凝膠法和逐層自組裝技術(shù)制備了TiO2/γ-Al2O3復(fù)合粒子，以降解苯酚，解決了純TiO2芳烴化合物降解的失活問(wèn)題。韓易潼等[12]采用液相共沉淀法制備多孔TiO2/γ-Al2O3，證實(shí)γ-Al2O3的存在可以有效降低TiO2的晶體轉(zhuǎn)變溫度，提高TiO2的熱穩(wěn)定性。γ-AlO(OH)作為γ-Al2O3的前驅(qū)體，因其不需高溫退火處理，開(kāi)始被研究應(yīng)用于催化劑載體領(lǐng)域。de Silva等[13]證明γ-AlO(OH)在TiO2光催化分解制氫方面具有積極影響。Gnanasekaran等[14]制備出具有包覆結(jié)構(gòu)的γ-AlO(OH)-NiWO4復(fù)合粉體，對(duì)降解甲基藍(lán)染劑具有較高的催化活性。目前廣泛使用的二氧化鈦系催化劑的制備方法包括水熱法、溶膠-凝膠法、化學(xué)氣相沉積法等[15-17]。這些方法存在實(shí)驗(yàn)過(guò)程復(fù)雜、多數(shù)需要高溫退火、能源消耗較大等不足。

筆者采用低溫溶液法制備TiO2/γ-AlO(OH)復(fù)合納米粉體，對(duì)TiO2/γ-AlO(OH)納米粉末的形貌、結(jié)構(gòu)和組成進(jìn)行了表征，探究了熱處理?xiàng)l件、γ-AlO(OH)摻雜量、水熱溫度和時(shí)間、PVP表面活性劑用量等對(duì)TiO2/γ-AlO(OH)納米材料光催化活性的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料與試劑

硝酸鋁 (Al(NO3)3·9H2O)、檸檬酸三銨(C6H5O7(NH4)3)、鈦酸四丁酯(Ti(C4H9O)4、無(wú)水乙醇、聚乙烯吡咯烷(PVP)，均為分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品；蒸餾水為實(shí)驗(yàn)室自產(chǎn)；羅丹明B(10-5mol/L，RhB)，天津市大茂化學(xué)試劑廠產(chǎn)品；P25(70%質(zhì)量分?jǐn)?shù)銳鈦礦+30%質(zhì)量分?jǐn)?shù)金紅石)，麥克林公司產(chǎn)品。

1.2 TiO2/γ-AlO(OH)納米復(fù)合粉體制備

取2 mmol硝酸鋁加入20 mL蒸餾水中，形成均勻溶液，然后依次加入20 mL無(wú)水乙醇和 0.5 mmol 檸檬酸三銨并繼續(xù)攪拌至檸檬酸三銨完全溶解。將所得溶液轉(zhuǎn)置于水熱釜中，裝釜后放入干燥箱內(nèi)，200 ℃水熱反應(yīng)24 h。自然冷卻至室溫，分別使用蒸餾水、無(wú)水乙醇在真空抽濾過(guò)程中對(duì)濾渣各洗滌3次，并在60 ℃下真空干燥12 h，研磨過(guò)篩，得到球形多孔納米γ-AlO(OH)粉體[17]。

取20 mL鈦酸四丁酯加入64 mL無(wú)水乙醇中，攪拌均勻后加入0或0.1 mmol PVP，再加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0、5%、10%、20%和30%的球形多孔納米γ-AlO(OH)粉體，繼續(xù)攪拌，同時(shí)逐滴滴加 5 mL 蒸餾水，制得乳白色絮狀反應(yīng)液原料，將反應(yīng)液原料轉(zhuǎn)置于100 mL水熱合成反應(yīng)釜(上海旭日生物科技有限公司產(chǎn)品)內(nèi)襯中，填充度80%，裝釜后放入干燥箱內(nèi)，180 ℃進(jìn)行水熱反應(yīng)2 h，自然冷卻至室溫。將所得產(chǎn)物裝入離心機(jī)在8000 r/min離心8 min，分別用蒸餾水和無(wú)水乙醇洗滌數(shù)次，將產(chǎn)物在90 ℃真空干燥10 h。研磨過(guò)篩后制得納米TiO2/γ-AlO(OH)復(fù)合粉體，分別命名為T(mén)iO2/xγ-AlO(OH)或TiO2/xγ-AlO(OH)(0.1 mmol)(摻雜0.1 mmol PVP)，其中x為γ-AlO(OH)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，x為5%、10%、20%或30%。當(dāng)γ-AlO(OH)添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0時(shí)，制得純銳鈦礦型的TiO2。將制備好的納米TiO2/γ-AlO(OH)復(fù)合粉體進(jìn)行性能檢測(cè)后，對(duì)性能最佳的粉體樣品進(jìn)行退火實(shí)驗(yàn)，分別在500 ℃和700 ℃下退火2 h，觀察其形貌及性能變化。

1.3 TiO2/γ-AlO(OH)納米復(fù)合粉體催化性能評(píng)價(jià)

用羅丹明B作為有機(jī)污染物的替代物測(cè)試制得催化劑的光催化性質(zhì)，并將P25作為對(duì)照組實(shí)驗(yàn)。將50 mg TiO2/γ-AlO(OH)納米復(fù)合粉體加入到 100 mL 10-5mol/L 的羅丹明B溶液中，在暗光攪拌1 h達(dá)到吸附平衡，排除吸附和自降解對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。之后移入光照系統(tǒng)，300 W氙燈作為光源，每15 min對(duì)實(shí)驗(yàn)溶液進(jìn)行一次吸光度檢測(cè)，從而計(jì)算出溶液的質(zhì)量濃度。

一定質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，羅丹明B溶液質(zhì)量濃度和其吸光度之間遵循朗伯-比爾定律，見(jiàn)式(1)。

C=A/EL

(1)

式中，C是溶質(zhì)的質(zhì)量濃度，g/L；A是吸光度；E是吸收系數(shù)，L/(g·cm)；L是光透過(guò)液體層的厚度，cm。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中吸收系數(shù)E和光穿過(guò)液層厚度L不變化，因此吸光度A可以按比例表征羅丹明B溶液的質(zhì)量濃度C。

實(shí)驗(yàn)中羅丹明B的降解率(η,%)計(jì)算公式見(jiàn)式(2)。

η=(1-C/C0)×100%

(2)

式中，C0為羅丹明B溶液的初始質(zhì)量濃度，g/L；C為暗光處理后的羅丹明B濃度以及每光照15 min后羅丹明B的質(zhì)量濃度，g/L。

1.4 TiO2/γ-AlO(OH)納米復(fù)合粉體的表征

采用FESEM電鏡JSM-7800F(日本電子株式會(huì)社產(chǎn)品)和FEI F300高分辨透射電子顯微鏡(美國(guó)FEI公司產(chǎn)品)拍攝得到樣品的FESEM、HRTEM照片和EDS譜圖。使用X射線衍射儀D8 Advance E型(德國(guó)布魯克公司產(chǎn)品)分析樣品的XRD。使用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)UV-2600(島津儀器(蘇州)有限公司產(chǎn)品)測(cè)得樣品的紫外-可見(jiàn)漫反射光譜(UV-Vis DRS)，進(jìn)一步研究樣品光學(xué)特征。使用Gemini II 2370表面積分析儀(美國(guó)麥克儀器公司產(chǎn)品)測(cè)定TiO2/γ-AlO(OH)復(fù)合粉末的BET比表面積、孔徑、孔體積。

2 結(jié)果與討論

2.1 TiO2/γ-AlO(OH)復(fù)合粉體物性表征

2.1.1 微觀組織結(jié)構(gòu)分析

圖1為T(mén)iO2/γ-AlO(OH)復(fù)合納米粉體的形貌和TiO2/10%γ-AlO(OH) (0.1 mmol PVP)的EDS譜圖。從圖1(a)可以看出，低溫溶液法制備的γ-AlO(OH) 顆粒細(xì)小并含有介孔結(jié)構(gòu)，介孔結(jié)構(gòu)可以提供比較良好的吸附能力和附著點(diǎn)；圖1(b)為純TiO2粉體，球形度較好，但顆粒較大，顆粒尺寸均大于500 nm，比表面積較低；TiO2為表面催化劑，顆粒尺寸過(guò)大則催化活性位點(diǎn)會(huì)相應(yīng)降低。由圖1(c)～(f)可以較明顯地看出，γ-AlO(OH)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，樣品顆粒團(tuán)聚越明顯，γ-AlO(OH)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在30%左右時(shí)有明顯硬團(tuán)聚產(chǎn)生，不利于催化反應(yīng)的進(jìn)行；在γ-AlO(OH)摻雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)在5%和10%時(shí)可以觀察到γ-AlO(OH)表面附著有很多細(xì)小的TiO2顆粒。由圖1(g)和(h)可以觀察到，TiO2/10%γ-AlO(OH)(0.1 mmol PVP)表面被PVP活化后，TiO2與γ-Al2O3形成對(duì)齊結(jié)構(gòu)，但表面較為蓬松。通過(guò)晶格條紋分析可知γ-AlO(OH)被TiO2包覆。通過(guò)圖1(j)的EDS圖譜可知，圖1(i)中較大顆粒為γ-AlO(OH)，有較高的Al、O的峰值；外層較小的球形顆粒為T(mén)iO2，具有較為明顯的Ti、O峰，同時(shí)Al峰值明顯下降。

2.1.2 XRD分析

圖2為T(mén)iO2、純P25、γ-AlO(OH)和摻雜PVP的TiO2/γ-AlO(OH)復(fù)合納米粉體的XRD譜圖。由圖2可知，實(shí)驗(yàn)制備的γ-AlO(OH)晶型為勃姆體，與圖1(h)中晶格條紋寬度對(duì)應(yīng)。相比于P25(銳鈦礦，金紅石結(jié)構(gòu)混合晶相)催化劑，經(jīng)過(guò)PVP表面活化的TiO2/γ-AlO(OH)系列催化劑均具有較為明顯的銳鈦礦結(jié)構(gòu)，同時(shí)半峰寬相對(duì)較大，說(shuō)明復(fù)合粉體的顆粒更加細(xì)小；同時(shí)除了比較明顯的TiO2衍射峰外，沒(méi)有其他較為明顯的峰，說(shuō)明樣品的純度較高[18]。其中γ-AlO(OH)摻雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的復(fù)合粉體的譜峰尖端較為平緩，半高寬較大，說(shuō)明此時(shí)復(fù)合粉體中銳鈦礦型的TiO2顆粒細(xì)小。這是因?yàn)榇藫诫s量下的γ-AlO(OH)在制備過(guò)程中提

圖1 TiO2/γ-AlO(OH)復(fù)合納米粉體的形貌和TiO2/10%γ-AlO(OH) (0.1 mmol PVP)的EDS譜圖Fig.1 Morphology of TiO2/γ-AlO(OH) composite nano-powder and EDS spectra of TiO2/10%γ-AlO(OH) (0.1 mmol PVP)HRTEM images: (a) γ-AlO(OH); (g), (h) TiO2/10%γ-AlO(OH)(0.1 mmol PVP)The corresponding SEM micrographs of (b)-(f) and (i): (b)TiO2; (c) TiO2/5%γ-AlO(OH); (d) TiO2/10%γ-AlO(OH);(e) TiO2/20%γ-AlO(OH); (f) TiO2/30%γ-AlO(OH); (i) TiO2/10%γ-AlO(OH) (0.1 mmol PVP)Fig.1(j) is the EDS spectra of Fig.1(i).

供介孔，吸附較多的Ti(OH)4膠體在空腔中，水熱反應(yīng)時(shí)空腔的應(yīng)力限制了TiO2顆粒的長(zhǎng)大[19]；當(dāng)γ-AlO(OH)摻雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10%時(shí)，γ-AlO(OH)無(wú)法提供足夠的空腔，摻雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于20%時(shí)，γ-AlO(OH)的表面電荷又會(huì)吸附過(guò)多的TiO2顆粒，導(dǎo)致復(fù)合粉體發(fā)生硬團(tuán)聚。眾所周知，TiO2具有銳鈦礦、板鈦礦、金紅石3種晶型，其中銳鈦礦結(jié)構(gòu)TiO2具有最佳的催化活性，然而純銳鈦礦結(jié)構(gòu)的TiO2催化性能并不理想[20]。P25催化劑利用2種不同晶相的結(jié)構(gòu)混雜可以增大晶格內(nèi)部缺陷，增加載流子濃度，使電子、空穴數(shù)量增大，具有更強(qiáng)的捕獲顆粒外表面溶劑的能力[21]。因此，采用純銳鈦礦晶型的TiO2，同時(shí)利用γ-AlO(OH)的多孔結(jié)構(gòu)作為載體形成復(fù)合粉體，可使TiO2的催化性能增加成為可能。

圖2 TiO2、純P25、γ-AlO(OH)和摻雜聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的TiO2/γ-AlO(OH)復(fù)合納米粉體的XRD譜圖Fig.2 XRD patterns of TiO2, pure P25, γ-AlO(OH) andTiO2/γ -AlO(OH) composite nano-powder with adding PVP(1) P25; (2) TiO2; (3) γ-AlO(OH);(4) TiO2/5%γ-AlO(OH) (0.1 mmol PVP);(5) TiO2/10%γ-AlO(OH) (0.1 mmol PVP);(6) TiO2/20%γ-AlO(OH) (0.1 mmol PVP);(7) TiO2/30%γ-AlO(OH) (0.1 mmol PVP)

2.1.3 退火實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

圖3為在不同溫度下退火后，樣品TiO2/10%γ-AlO(OH) (0.1 mmol PVP)的XRD譜圖和相應(yīng)的SEM顯微圖片。一般情況下，金屬氧化物的制備溫度越高，氧化物的結(jié)晶度越高[19]。由圖3(a)可以看出，退火后的復(fù)合粉體結(jié)晶度明顯升高，但其半峰寬也隨之減小，并且在700 ℃退火后開(kāi)始出現(xiàn)了金紅石結(jié)構(gòu)的[110]峰。通過(guò)對(duì)比圖3(b)和(c)可以看出，500 ℃退火后復(fù)合粉體顆粒為亞微米級(jí)，700 ℃退火后的復(fù)合粉體顆粒已經(jīng)達(dá)到2～3 μm，復(fù)合粉體的顆粒明顯變大，不利于催化反應(yīng)的進(jìn)行。

2.1.4 UV-Vis DRS分析

圖4為P25和TiO2/γ-AlO(OH)復(fù)合粉體的UV-Vis DRS譜圖。根據(jù)αhv=F(hv-Eg)n/2(其中α為吸收系數(shù)，F(xiàn)是比例常數(shù)，hv是光子能量，Eg為禁帶寬度，直接半導(dǎo)體n取1，間接半導(dǎo)體n取4)可計(jì)算出復(fù)合材料的禁帶寬度，商用P25的禁帶寬度約為3.2 eV(385 nm)[22-23]。由圖4可得，制備的TiO2/10%γ-AlO(OH)(0.1 mmol PVP)樣品的禁帶寬度為3.45 eV(359 nm)。這是因?yàn)門(mén)iO2/γ-AlO(OH)復(fù)合粉末的顆粒尺寸接近激子波爾半徑，產(chǎn)生了量子尺寸效應(yīng)。納米尺寸半導(dǎo)體的電子帶性能主要取決于顆粒的尺寸。隨著復(fù)合粒子尺寸的減小，帶隙能增加，表現(xiàn)為吸收波長(zhǎng)的藍(lán)移[24-25]。復(fù)合材料的禁帶寬度增加，使其對(duì)太陽(yáng)光輻射的吸收范圍增大，更有利于電子躍遷的產(chǎn)生，同時(shí)更寬的禁帶寬度可以有效地減少光生電子-空穴的復(fù)合，從而提高光催化劑的量子效率。

圖3 在不同溫度下退火后樣品TiO2/10%γ-AlO(OH)(0.1 mmol PVP)的XRD譜圖及相應(yīng)的SEM顯微照片F(xiàn)ig.3 XRD patterns of sample TiO2/10%γ-AlO(OH)(0.1 mmol PVP) after calcination at different temperaturesand their corresponding SEM micrographs(a) XRD patterns;SEM micrographs: (b) TiO2/10%γ -AlO(OH) (0.1 mmol PVP)-500 ℃;(c) TiO2/10%γ-AlO(OH) (0.1 mmol PVP)-700 ℃

圖4 P25和TiO2/γ-AlO(OH)復(fù)合粉體的UV-Vis DRS譜圖(內(nèi)附圖為禁帶寬度切線圖)Fig.4 UV-Vis DRS profiles of P25 and TiO2/γ-AlO(OH)composite nano-powder (Inside drawing is tangentdiagram of the forbidden band width)

2.1.5 N2吸附-脫附分析

圖5為T(mén)iO2/10%γ-AlO(OH)和TiO2/10%γ-AlO(OH) (0.1 mmol PVP)復(fù)合材料的N2吸附-脫附曲線和孔徑分布曲線。由圖5(a)看到，TiO2/10%γ-AlO(OH)的等溫吸附-脫附曲線具有明顯的滯后環(huán)，符合恒溫吸附曲線的IV型,發(fā)生空心毛細(xì)管凝結(jié)，磁滯回線的形狀符合H2b型，證明該材料是具有中孔(孔徑大于2 nm、小于50 nm)的介孔材料。此時(shí)，N2從單層吸附到多層吸附在介孔材料內(nèi)表面[26]。通過(guò)BET吸附等溫方程計(jì)算[27]TiO2/10%γ-AlO(OH)的比表面積為143.92 m2/g。從圖5(b)可知，TiO2/10%γ-AlO(OH)復(fù)合粉末具有較大的孔徑分布，孔徑尺寸不均勻，大部分為中孔，BJH平均孔徑約為4.94 nm，與吸附曲線對(duì)孔徑大小的初步判斷一致。

圖5 TiO2/10%γ-AlO(OH)和TiO2/10%γ-AlO(OH) (0.1 mmol PVP)復(fù)合材料的N2吸附-脫附曲線和孔徑分布曲線Fig.5 N2 adsorption-desorption isotherms and pore diameter distribution of TiO2/10%γ-AlO(OH) andTiO2/10%γ-AlO(OH) (0.1 mmol PVP) composite powder(a) N2 adsorption-desorption isotherms； (b) Pore diameter distribution

由圖5(a)還看到，添加0.1 mmol PVP后的復(fù)合粉體的吸附曲線符合IV型等溫曲線。等溫曲線具有明顯的磁滯回線，磁滯回線屬于H4型磁滯回線。由于添加PVP后，復(fù)合材料在表面活性劑的作用下產(chǎn)生了絮狀形貌(見(jiàn)圖1(g))，復(fù)合材料的平均孔徑減小為3.07 nm，并且孔徑大小更加均勻，BET比表面積為334.27 m2/g。與未添加PVP的復(fù)合材料相比，添加PVP后的復(fù)合材料具有更大的比表面積，載體能夠從溶液中吸附和保留大量的有機(jī)分子，為T(mén)iO2提供了高濃度的反應(yīng)環(huán)境，增加光生空穴和自由基與有機(jī)分子的反應(yīng)概率，從而可提高光催化效率。

2.2 TiO2/γ-AlO(OH)復(fù)合粉體的光催化性能

筆者使用羅丹明B溶液替代有機(jī)污染物進(jìn)行光催化降解，結(jié)果如圖6所示，每張圖片虛線左側(cè)Dark部分為催化劑在暗光攪拌條件下催化劑吸附作用導(dǎo)致的羅丹明B溶液濃度下降曲線，右側(cè)Light部分為暗光處理后轉(zhuǎn)移至模擬光源下進(jìn)行催化降解實(shí)驗(yàn)的羅丹明B溶液的濃度變化曲線。暗光處理可以使催化劑吸附飽和，排除吸附作用對(duì)催化降解的干擾。圖6(a)為γ-AlO(OH)添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)復(fù)合粉體催化效率的影響。可以看到，利用低溫溶液法制備的TiO2和TiO2/γ-AlO(OH)復(fù)合粉體都具有優(yōu)于商用P25的催化性能。在γ-AlO(OH)質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于20%時(shí)，隨著γ-AlO(OH)含量增大，羅丹明B的降解率逐漸增大，復(fù)合材料的催化性能逐漸增加；但超過(guò)20%時(shí)，羅丹明B降解率急劇下降。γ-AlO(OH)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%和10%的復(fù)合粉體在降解后期(45 min左右)催化性能優(yōu)于γ-AlO(OH)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的復(fù)合粉體，說(shuō)明有機(jī)物低濃度時(shí)，具有孔隙結(jié)構(gòu)的復(fù)合粉體仍具有較高的催化效率。

圖6(b)為T(mén)iO2/10%γ-AlO(OH)添加PVP前后對(duì)復(fù)合粉體的催化效率的影響?？梢钥闯?，添加PVP后羅丹明B的降解率有較大的提高。這是因?yàn)镻VP作為較好的表面活性劑和成型劑增大了復(fù)合粉體的比表面積，提高了其催化性能，與BET檢測(cè)結(jié)果和HRTEM分析結(jié)果吻合。

圖6 TiO2/γ-AlO(OH)復(fù)合粉末光催化降解羅丹明B的動(dòng)力學(xué)曲線Fig.6 Kinetic plots of photocatalytic degradation ofRhodamine B by TiO2/γ-AlO(OH) composite powdersm(Catalyst)=50 mg; V(RhB)=100 mL; C0(RhB)=10-5 mol/L;300 W xenon lamp as a light source(a) Effect of mass fractions of TiO2/γ-AlO(OH) compositepowders on catalytic activity;(b) Effect of adding PVP of TiO2/10%γ -AlO(OH) compositepowders on catalytic activity;(c) Effect of calcination temperatures of TiO2/10%γ-AlO(OH)composite powders on catalytic activity

圖6(c)為T(mén)iO2/10%γ-AlO(OH)在不同溫度下退火后的催化性能?？梢钥闯觯琓iO2/10%γ-AlO(OH)在經(jīng)過(guò)高溫退火后，羅丹明B的降解率大幅度下降。這是因?yàn)棣?AlO(OH)在高溫下失水形成γ-Al2O3，與TiO2顆粒形成新的復(fù)合結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致原有結(jié)構(gòu)坍塌。眾所周知TiO2催化性能與其顆粒尺寸密切相關(guān)[28]，TiO2顆粒在高溫下迅速長(zhǎng)大導(dǎo)致催化性能迅速下降，從而導(dǎo)致退火后復(fù)合粉體催化性能下降。

綜合對(duì)比后可以看出，TiO2/10%γ-AlO(OH)(0.1 mmol PVP)復(fù)合粉體的催化活性最佳，30 min時(shí)降解率就可達(dá)到94.26%。

3 結(jié) 論

(1)在乙醇溶液中低溫水熱合成TiO2/γ-AlO(OH)復(fù)合粉體。介孔γ-AlO(OH)在水熱過(guò)程中既可以充當(dāng)載體與生長(zhǎng)平臺(tái)，又可以增加材料的吸附性。加入表面活性劑聚乙烯吡咯烷酮(PVP)后可以使催化劑表面更加蓬松，有效增加復(fù)合粉體的比表面積。

(2)考察了介孔γ-AlO(OH)的摻雜量對(duì)復(fù)合粉體形成的影響，最佳γ-AlO(OH)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為復(fù)合粉體的10%，此時(shí)形成的復(fù)合粉體顆粒尺寸細(xì)小，形貌均勻，比表面積最大。制備過(guò)程不使用高溫退火，可有效減少能源消耗。

(3)在光降解過(guò)程中，TiO2/10%γ-AlO(OH)(0.1 mmol PVP)復(fù)合粉體具有均勻的介孔結(jié)構(gòu)和高達(dá)334.27 m2/g的比表面積，更易產(chǎn)生光敏化效應(yīng)，加速催化反應(yīng)進(jìn)行；在光照30 min時(shí)降解率就可達(dá)到94.26%，遠(yuǎn)高于商用P25和純銳鈦礦型的TiO2，具有較高的催化效率。