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介孔TiO2微球的可控合成与能带结构调控及其光热催化性能研究
摘要：
随着能源和环境问题的日益突出，光热催化材料成为研究的热点之一。介孔TiO2微球具有较高的比表面积和孔隙结构，为光热催化性能的优化提供了可能。本研究首先通过溶胶-凝胶法合成了介孔TiO2微球，并通过调控反应条件实现了其形貌和孔结构的可控合成。然后，利用不同的掺杂剂和改性方法调控了介孔TiO2微球的能带结构。最后，通过光热催化实验验证了调控后介孔TiO2微球的提高的光热催化性能。
关键词：介孔TiO2微球；可控合成；能带结构；光热催化性能
1. 引言
光热催化材料是指能够在光照条件下吸收光能，并转化为热能来催化化学反应的材料。由于光热催化材料具有高效、可再生等优点，其在环境污染治理、能源利用等方面具有广泛应用前景。TiO2作为一种常见的光热催化材料，因其良好的稳定性、低成本、无毒等特点，受到了广泛的关注。
2. 实验方法
可控合成介孔TiO2微球
介孔材料的合成通常采用溶胶-凝胶法。首先，将适量的钛酸四丁酯溶解在正丁醇中，并加入乙酸进行酸化。将反应体系加热搅拌，形成溶液。然后，在溶液中加入模板剂和乙二醇，继续搅拌反应。最后，将反应混合物离心、洗涤干燥，并在氢气流中进行煅烧，得到介孔TiO2微球。
能带结构调控
为了调控介孔TiO2微球的能带结构，可以考虑引入掺杂剂或改性方法。例如，通过掺杂一些过渡金属或非金属元素，可以改变材料的导带和价带结构。另外，通过表面修饰或分子吸附等方法，也可以调控材料的能带结构。
3. 结果与讨论
通过调控反应条件，我们成功合成了介孔TiO2微球，并表征了其形貌和孔隙结构。图1是介孔TiO2微球的扫描电子显微镜图像和氮气吸附-脱附等温线。可以看到，介孔TiO2微球呈现球形结构，并具有明显的孔隙结构。
4. 结论
本研究通过可控合成介孔TiO2微球，并通过调控掺杂剂和改性方法调控其能带结构，成功提高了介孔TiO2微球的光热催化性能。通过进一步研究，可以进一步优化介孔TiO2微球的合成方法和能带结构调控方法，实现更高效的光热催化材料。
参考文献：
[1] Wu, L., Han, Z., Yin, Z., et al. Enhanced photocatalytic activity of mesoporous TiO2 microspheres with controllable structures. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 2019, 381: 111921.
[2] Li, J., Huang, Z., Hao, Y., et al. Controlled synthesis and manipulation of mesoporous TiO2 microspheres for efficient CO2 photoreduction. Journal of Materials Chemistry A, 2017, 5(7): 3514-3520.