全 文 ：研究论文
Article

* E-mail: beijiucheng@ahau.edu.cn
Received September 7, 2012; published October 29, 2012.
Supporting information for this article is available free of charge via the Internet at http://sioc-journal.cn.
Project supported by the National Science and Technology Pillar Program (No. 2009BADA6B00), the National Natural Science Foundation of China
(No. 31071423) and the Major Research Plan of Anhui Agriculture University Principal Youth Fund (Grant 2011ZD013).
项目受国家科技支撑计划重点项目(No. 2009BADA6B00)、国家自然科学基金(No. 31071423)和安徽农业大学校长青年基金重点项目(No. 2011ZD013)
资助.

Acta Chim. Sinica 2012, 70, 2353—2358 © 2012 Shanghai Institute of Organic Chemistry, Chinese Academy of Sciences http://sioc-journal.cn 2353
化 学 学 报
ACTA CHIMICA SINICA

基于芭蕉叶分级结构的 TiO2材料的制备及其吸附-光催化性能的研究
马欢 a 刘伟伟 b 朱苏文 a 樊芸杉 c 程备久*,a
(a安徽农业大学生命科学学院 合肥 230036)
(b安徽农业大学工学院 合肥 230036)
(c北京理工大学材料学院 北京 100081)
摘要 以芭蕉叶作为结构模板, 通过微波辐照-HCl 耦合预处理、原位生长及变温去模板过程, 制备了具有分级多孔结
构的 TiO2光催化材料. 通过环境电子扫描显微镜(FESEM)、透射电镜(TEM)、 X 射线衍射(XRD)及 N2吸附-脱附表征.
结果表明: 芭蕉叶-TiO2材料不仅具有模板的维管束管状结构、大孔阵列及管壁内外宽度为 100 nm 左右的层状褶皱结
构 , 而且还具有典型的介孔结构 , 平均孔径为 13.03 nm, 材料比表面积为 66.5 m2•g－1. 以染料亚甲基蓝(MB,
C16H18ClN3S•3H2O)作为模型, 评价材料的吸附性能和光催化性能. 结果显示: 与 DegussaP25 及无模板的普通 TiO2 相
比, 芭蕉叶-TiO2表现出较强的吸附性能和光催化活性; 对亚甲基蓝吸附率达 30%, 为 P25的 4.3 倍, 普通 TiO2的 15 倍;
其光催化速率分别为 P25 和普通 TiO2的 1.5 倍和 4 倍之多.
关键词 分级结构; 二氧化钛; 芭蕉叶; 生物模板; 吸附-光催化

Biotemplated Hierarchical TiO2 Derived from Banana Leaf and Its
Adsorption-Photocatalytic Performance
Ma, Huana Liu, Weiweib Zhu, Suwena Fan, Yunshanc Cheng, Beijiu*,a
(a School of Life Science, Anhui Agricultural University, Hefei 230036)
(b School of Engineering, Anhui Agricultural University, Hefei 230036)
(c School of Material Science and Engineering, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081)
Abstract In recent years, there has been great interest in preparation of photocatalysts with hierarchical architectures and
multifunctional characteristics, but it remains a great challenge for conventional synthetic methods. Nature provides an
abundance of the biological materials with excellent properties and serves as a source of inspirations. In this work, banana
leaves, for the first time, were applied as structure-directors to synthesize biomorphic TiO2 photocatalyst (banana-leaf TiO2),
in order to improve the adsorption and photocatalytic performance. The biotemplate was pretreated by an effective micro-
wave-assisted HCl pretreatment. Subsequently, the banana leaf-TiO2 composite formed based on the frameworks of original
leaves by a simple in-situ growth using 5 vol% ethanol solution of tetrabutyl titanate as precursor. Finally, the banana-leaf
TiO2, which faithfully inherits the hierarchical architectures of banana leaf, was obtained by calcination process at 350 ℃ to
remove the organic templates and 500 ℃ to be crystallized. The as-prepared TiO2 samples were characterized by
field-emission scanning electron microscopy (FESEM), transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD)
and nitrogen-adsorption measurement. The results show that the banana leaf-TiO2 prepared possesses both of macropores of
vascular bundle with layers about 100 nm wide on the walls and typical mesopore structure with an average pore width of
13.03 nm and a high specific surface area of 66.5 m2•g－1. The adsorption and photocatalysis performance were evaluated
using aqueous solutions of methylene blue (MB, C16H18ClN3S•3H2O) under Xe-lamp irradiation. The result indicates that the
banana-leaf TiO2 exhibits much higher adsorption ability and photocatalytic activity than Degussa P25 and the common-TiO2
without any biotemplate. The adsorption capacity of biotemplated sample is 30%, which is 4.3 times of the P25 and 15 times
of the common-TiO2. The photodecomposition of MB by the banana-leaf TiO2 reaches 100% over 75 min, comparative to
70% by P25 and 40% by the common-TiO2, and the photocatalytic rate of biotemplated sample (0.0326 min
－1) is 1.5 times
and 4 times the rate of P25 (0.0219 min－1) and common-TiO2 (0.0079 min
－1), respectively.
Keywords hierarchical structure; titanium dioxide; banana leaf; biotemplate; adsorption-photocatalysis

DOI: 10.6023/A12090636

化 学 学 报 研究论文

2354 http://sioc-journal.cn © 2012 Shanghai Institute of Organic Chemistry, Chinese Academy of Sciences Acta Chim. Sinica 2012, 70, 2353—2358

1 引言
二氧化钛因具有较高的光催化活性、稳定的化学性
质、无毒且成本低廉而被广泛应用于污染物处理、氢气
生产和太阳能电池等多个研究领域. 然而, TiO2 材料本
身因比表面积较低, 对有机污染物的吸附性能差, 使其
实际应用中深度处理难度加大、处理效率降低. 加之其
颗粒细小, 回收困难, 极易造成催化剂浪费和二次污染
等问题. 因此, 改善 TiO2材料的吸附性能将有利于提高
光催化反应速率和降解效率[1～3]. 近年来, 具有分级多
孔结构的材料已成为研究热点, 原因在于[4]: 其具有较
高的比表面积和高吸附能力; 提供了高密度的活性位
点; 具有很高的热稳定性; 可以改善分子的传质速率.
特别是对于光化学反应, 分级多孔结构为反应分子和材
料活性位点的接触提供了便利, 可以改善光子在整个多
孔体系中的分布[5,6]. 因此, 分级多孔体系是光催化材料
应用的理想结构, 也成为提高光催化材料吸附性能的途
径之一.
生物模板技术是利用天然生物结构作为模板来制
备特殊材料的一项新技术, 也是近年来生物和材料学科
交叉研究的一大热点[7～9]. 芭蕉是常绿的大型多年生草
本植物, 对其果实进行加工的同时会产生约 75%的茎叶
副产物[10]. 在我国大部分芭蕉茎叶被当作废弃物随处
丢弃, 不仅污染环境, 还造成资源重大浪费. 芭蕉叶叶
片宽大, 具有速生和生物量高的生理特点, 纤维素等碳
水化合物及蛋白质含量丰富的成分特征, 以及植物细胞
壁构成的多级结构特征, 可作为生物模板制备具有分级
结构的光催化材料. 然而此类研究国内外未见报道.
本文利用芭蕉叶为模板, 采用微波辐照-HCl 耦合
预处理方法、溶胶-凝胶法制备及变温去模板工艺制备
了具有多级结构且吸附-光催化双功能耦合的二氧化钛
材料, 通过对材料结构特性的表征和对亚甲基蓝的降解
考察, 系统的研究了材料的吸附-光催化性能. 以期丰
富生物模板及光催化材料的种类和结构, 为作物废弃物
资源的利用探索新方法.
2 结果与讨论
2.1 原位生长前后芭蕉叶的形貌结构
利用改进的碘-硫酸纤维素显色法[11]分别对原位生
长前后的芭蕉叶进行显色反应, 并在光学显微镜下观察
样品的微观结构(图 1). 显色反应原理为: 植物细胞壁
的主要成分纤维素被硫酸水解后, 遇碘呈蓝色反应. 当
TiO2受纤维素诱导、沉积并在其表面生长后, 由于 TiO2
晶体的包裹, 相同时间内纤维素的显色速度和程度将明
显低于原初模板. 材料在一定阶段生长的时间越长, 植
物细胞壁被包裹的越厚, 因此显色反应进行的越慢. 由
图 1(a)可以看出相同反应时间内(5 min), 原芭蕉叶模板
中的纤维素很快被硫酸水解并与碘发生显色反应. 在
10 倍光学显微镜下观察芭蕉叶的网状结构呈现蓝色;
图中矩形白框中为油镜 100 倍放大后的结构, 可以清楚
的看到网状结构中蓝色粒状颗粒交织分布, 这主要是植
物细胞的细胞壁发生反应而显色, 说明: 经过微波-HCl
耦合预处理后, 模板表面的蜡质及其它无机盐等杂质的
去除, 使得细胞壁表面暴露出更多的纤维素, 使反应易
于进行. 图 1(b)是模板经过原位生长后的芭蕉叶和二氧
化钛前驱液的复合体, 在 100 倍油镜下(图 1(b)中矩形白
框)可以观察到植物细胞大部分以黄色颗粒均匀分布,
植物细胞壁周围只呈现淡淡的蓝色. 说明: 由于 Ti 前驱
液在模板结构中的成核与生长, 使得植物细胞壁及细胞
间隙均受到 TiO2 的包裹, 从而降低了纤维素与反应试
剂的接触面积, 阻碍了显色反应.

图 1 芭蕉叶模板原位生长前后的显色照片(a. 原位生长前; b. 原位
生长后)
Figure 1 Colour-developing images of banana leaf-template (a. before
in-situ synthesis; b. after in-situ synthesis)
2.2 基于芭蕉叶分级结构的二氧化钛材料(芭蕉叶-
TiO2)的形貌结构表征
将原位生长前后的芭蕉叶煅烧以去除模板, 分别获
得芭蕉叶灰分和芭蕉叶-TiO2材料, 图 2(a)和 2(b)分别是
两种材料的宏观形貌照片. 原位生长前, 芭蕉叶的主要
成分是碳水化合物骨架和少量生物矿化物, 煅烧过程中
芭蕉叶的结构随着有机模板的热分解而坍塌缩合, 无法
维持模板原有的多级结构, 因此形成“卷缩”的不规则
形貌(图 2(a)). 而原位生长过程中, 芭蕉叶模板有机框
架中的生物大分子, 特别是羟基含量丰富的细胞壁纤维
多糖等, 对 Ti 的前驱体具有诱导作用, 并为 Ti4＋的生长
提供了有利位点, 使其附着在模板有机框架的表面形成

图 2 芭蕉叶模板灰分和芭蕉叶-TiO2宏观形貌照片(a. 灰分; b. 芭蕉
叶-TiO2)
Figure 2 Digital images of banana leaf-ash and banana leaf-TiO2 (a.
banana leaf-ash; b. banana leaf-TiO2)

化 学 学 报 研究论文


Acta Chim. Sinica 2012, 70, 2353—2358 © 2012 Shanghai Institute of Organic Chemistry, Chinese Academy of Sciences http://sioc-journal.cn 2355
固化包膜. 煅烧过程中 TiO2 包膜又经过晶化, 因此, 尽
管模板受热分解, 材料仍能较好的保持模板中大分子骨
架原有的结构和形貌. 煅烧后的芭蕉叶-TiO2 呈现乳白
色舒展的“叶片”状(图 2(b)).
图 3(a)和 3(b)分别为芭蕉叶模板和芭蕉叶-TiO2 材
料横截面的 FESEM 照片. 可以看出: 芭蕉叶-TiO2材料
较好的保留了原始芭蕉叶表面和截面的微观结构. 尽管
芭蕉叶-TiO2 材料因模板有机骨架的热分解而略微收缩
变形, 但其横截面上维管束的管状结构及孔状阵列仍然
清晰可见(如图 3(a)和(b)中红色箭头所示), 平均管径为
10 μm 左右. 同时, 如图 3(a)和图 3(c)黄色箭头所示, 芭
蕉叶维管束管壁内外及边缘的层状褶皱结构, 也被较好
的“复制”到 TiO2材料中. 图 3(d)是图 3(c)白框中的高
分辨 FESEM 照片, 可以看出褶皱的平均宽度为 100 nm
左右. 芭蕉叶中这种天然的维管束管状结构及层状结
构, 有利于叶片和太阳光、水、空气及营养成分的有效
接触[12～16]. 其结构的“复制”也将有助于增加材料的比
表面积, 改善物质的传送效率, 为光催化反应的顺利进
行提供更多的吸附和反应场所.

图 3 芭蕉叶及模板-TiO2的 FESEM 照片: (a) 芭蕉叶的横截面; (b)芭
蕉叶-TiO2的横截面; (c)芭蕉叶-TiO2管状结构; (d)芭蕉叶-TiO2管状结
构内壁的高倍 FESEM 照片
Figure 3 FESEM images of banana leaf and banana leaf-TiO2: (a)
Cross-section view of banana leaf; (b) cross-section view of banana
leaf-TiO2; (c) tubular structure of banana leaf-TiO2 and (d)
high-magnification FESEM surface image of tubular structure
图 4 的 TEM 照片表明芭蕉叶-TiO2材料是由分布有
序的纳米晶 TiO2组成, 平均尺寸在 15 nm 左右, 纳米晶
晶格间距为 0.35 nm, 与锐钛矿 TiO2 (101)面对应.
2.3 芭蕉叶-TiO2的 XRD 和 N2脱吸附测试
图 5 中(a)和(b)分别为芭蕉叶-TiO2材料和无模板的
普通 TiO2 的 XRD 图谱. 根据粉末衍射检索卡片, 图谱
中所有的峰都代表四方晶格的锐钛矿 TiO2 (I41/amd,
No. 141, Joint Committee on Powder Diffraction Standards

图 4 芭蕉叶-TiO2的 TEM 照片: (a)低倍; (b)高倍
Figure 4 TEM image of banana leaf-TiO2: (a) Low magnification; (b)
high magnification
file number 71-1168), 晶格参数分别为 a＝3.782 Å 和
c＝9.502 Å, 说明两种材料均为纯的锐钛矿型 TiO2. 同
时芭蕉叶-TiO2的 XRD 图谱(图 5(a))在 2θ 为 29º和 31º
均未出现碳元素的峰, 说明来自原始模板的碳骨架已基
本去除. 利用 Scherrer 方程式[17]估算两种样品的锐钛矿
微晶大小, 平均粒径分别是: 芭蕉叶-TiO215.1 nm, 普
通 TiO2 20.6 nm. 与 TEM 结果相符.

图 5 芭蕉叶-TiO2 (a)和普通 TiO2 (b)的 XRD 图谱
Figure 5 XRD of banana leaf-TiO2 (a) and common-TiO2 (b)
样品在纳米尺度的孔结构通过氮气吸附测试进行
表征. 图 6(a)是芭蕉叶-TiO2样品的氮气吸附等温线. 根
据 IUPAC 分类[18], 此等温线为具有 H3 滞后回线的 IV
型吸附-脱附等温线, 说明芭蕉叶-TiO2 材料具有典型的
介孔结构. 由脱附等温线得到的孔径分布曲线如图 6(b)
所示, 孔径分布较窄, 大多分布在 2～10 nm 之间, 平均
孔径 13.03 nm. 结合图 3 分析可知, 芭蕉叶-TiO2材料具
有分级的多孔结构; 大孔主要源于芭蕉叶片气孔和维管
束等器官, 是由基因调控自然形成的, 以及有机模板热
分解过程中颗粒之间形成的空隙; 大部分的介孔则是由
于二氧化钛在芭蕉叶有机框架中, 按照植物器官特定形
貌生长时形成的, 如细胞间隙等. 通过氮吸附等温线的
线性部分计算得到芭蕉叶-TiO2 的比表面积为 66.5 m2•
g－1, 而经测试无模板 TiO2 的比表面积为 31.6 m2•g－1.
进一步说明: 芭蕉叶模板分级结构的“复制”, 有效的
增加了 TiO2材料的比表面积.


化 学 学 报 研究论文

2356 http://sioc-journal.cn © 2012 Shanghai Institute of Organic Chemistry, Chinese Academy of Sciences Acta Chim. Sinica 2012, 70, 2353—2358


图 6 芭蕉叶-TiO2的氮吸附结果: (a) N2吸附-解吸等温线; (b) 孔径分
布曲线
Figure 6 N2 adsorption results of biotemplated-TiO2 from banana leaf:
(a) N2 adsorption-desorption isotherms; (b) pore-size distribution curves
2.4 芭蕉枯叶-TiO2吸附-光催化性能的考察
以染料亚甲基蓝(MB, C16H18ClN3S•3H2O)作为模
型, 氙灯模拟太阳光源, 不使用任何模板的溶胶-凝胶
法制备的普通 TiO2(Common-TiO2)和 DegussaP25 为对
照, 考察芭蕉叶-TiO2的吸附性能和光催化性能.
图 7(a)～7(c)分别是芭蕉叶-TiO2、DegussaP25 及普
通 TiO2处理亚甲基蓝的紫外-可见光吸收光谱的变化图
谱, 可以看出芭蕉叶-TiO2 表现出较强的吸附性能和光
催化活性. 黑暗中经过 60 min 的吸附平衡, 芭蕉叶-
TiO2吸附了 30%的MB, 而P25和普通-TiO2仅分别吸附
了 7%和 2%的 MB; 开启光源后, 随着光照时间的增加,
芭蕉叶-TiO2对染料表现出较快的降解速率, 75 min时染
料已基本降解完全[图 7(d)]. 特别是, 由图 7(a)可以观察
到随着光照时间的增加, 波长 664 nm 处的吸收峰发生
了明显的蓝移, 说明 MB 的确被芭蕉叶-TiO2 光催化降
解, 而 P25 和普通-TiO2在 75 min 时仍然有明显的吸收
峰[图 7(b)和 7(c)]. 图 7(e)展示了 3 种样品在达到吸附平
衡后, 光催化降解亚甲基蓝的反应动力学曲线, 可以看
出芭蕉叶-TiO2 表现出较强的光催化活性, 其光催化速
率为 0.0326 min－1, 分别是 P25和普通 TiO2的 1.5 倍和 4
倍之多.
2.5 基于芭蕉叶分级结构 TiO2材料的合成机理及材料
构-效关系的分析
具有芭蕉叶分级结构的 TiO2材料主要通过预处理、
浸渍和变温煅烧法制得. 通过该合成方法, 制备的材料
既在宏观尺度保留了原始模板的形态, 又在微观尺度再
现了原始形貌. 分级结构 TiO2 纳米材料的合成过程如
图 8所示, 其形成主要包含, Ti4＋的注入和原位生长以及
TiO2的熟化过程. 预处理过程使芭蕉叶模板中纤维素、
半纤维素等多糖组织表面暴露出更多的有效官能团, 为
后继 Ti4＋的注入和原位生长提供了有利环境. 材料的生
长主要是界面溶胶-凝胶作用过程, 与芭蕉叶模板中纤
维素等碳水化合物骨架表面大量的羟基和羧基等基团
共同进行. 胶体中的 Ti4＋离子易于被模板中的羟基快速
捕获和吸附, 并产生缩合反应, 通过氢键、范德华力及
模板空间结构的协同作用最终在芭蕉叶的骨架结构上
(如叶片的表皮、维管束、维管束鞘细胞的管壁等)形成
无定形层, 使原始模板的分级形貌得以保留. Ti 氧化物
可认为是一种由部分脱水的 Ti 氢氧化物组成的中间产
物, 之后再通过热处理去模板的同时使无定形 TiO2 熟
化成纳米晶体.
基于以上对材料结构和性能的表征结果, 进行构-
效关系分析, 可以得出: 利用本研究中的工艺路线制备
的以芭蕉叶为模板的 TiO2 光催化材料能够较好的保持
模板的多级结构; 与无模板的普通-TiO2 相比, 本文中
制备的仿生 TiO2 材料具有较高的吸附能力和光催化活
力. 这主要归因于, 仿生 TiO2材料“继承”了芭蕉叶天
然的分级结构, 以及这种结构带来的“性能增强效应”.
特别是模板中的大孔-介孔结构以及孔道内外的层状褶
皱结构, 不仅增加了材料的比表面积, 而且为材料提供
了更多活性反应中心, 能够有效促进反应物质在材料表
面和孔道内的吸附与传输. 很多研究也表明分级多孔结
构和较高的表面积可以为光催化反应提供更多的吸附
和反应位点[4,19～21], 不仅有利于反应分子的快速传质,
也能够促进电荷的有效分离, 从而提高了材料的吸附能
力及光催化活性.
3 结论
本文以芭蕉叶为模板, 通过微波辐照-HCl 耦合预
处理、原位生长及变温煅烧去模板过程, 制备了具有分
级多孔结构的 TiO2 光催化材料. FESEM 结果表明芭蕉
叶-TiO2 材料具有模板维管束的管状结构及大孔阵列,
且管壁内外有宽度为 100 nm 左右的层状褶皱结构; 氮
气吸附测试证明材料中具有典型的介孔结构, 平均孔径
为 13.03 nm, 材料比表面积为 66.5 m2•g－1. 这种分级多
孔结构有助于增加材料的活性反应中心, 有效促进反应
物质在材料表面和孔道内的吸附与传输, 因此相对 P25

化 学 学 报 研究论文


Acta Chim. Sinica 2012, 70, 2353—2358 © 2012 Shanghai Institute of Organic Chemistry, Chinese Academy of Sciences http://sioc-journal.cn 2357

图 7 芭蕉叶-TiO2吸附-光催化性能的考察
(a) 芭蕉叶-TiO2处理亚甲基蓝的紫外-可见光吸收光谱的变化; (b) P25处理亚甲基蓝的紫外-可见光吸收光谱的变化; (c)无模板的普通TiO2处理亚甲基蓝的
紫外-可见光吸收光谱的变化; (d)样品处理亚甲基蓝过程中浓度随时间的变化曲线; (e)样品光催化降解亚甲基蓝的反应动力学曲线. 1—芭蕉叶-TiO2, 2—
P25, 3—无模板的普通 TiO2.
Figure 7 Adsorption and photocatalytic performance of banana leaf-TiO2
(a) UV-Vis absorption spectral changes of MB in the presence of banana leaf-TiO2; (b) UV-Vis absorption spectral changes of MB in the presence of P25; (c)
UV-Vis absorption spectral changes of MB in the presence of common-TiO2 without template; (d) Performances of adsorption and photocatalytic oxidation of MB
monitored as the normalized concentration change versus time in the presence of samples; (e) Kinetic studies of photocatalytic oxidation of MB monitored as
ln(C0/C) versus irradiation time in the presence of samples. 1—banana leaf-TiO2, 2—P25, 3—common-TiO2.
及传统溶胶-凝胶法制备的普通 TiO2材料, 芭蕉叶-TiO2
表现出较强的吸附性能和光催化活性, 其光催化速率分
别为 P25 和普通 TiO2的 1.5 倍和 4 倍之多.
4 实验部分
4.1 模板与试剂
本研究选择校园里废弃的芭蕉叶为模板, 经收集、
清洗和风干后, 储存备用. 钛酸四正丁酯为化学纯; 无
水乙醇和亚甲基蓝均为分析纯.
4.2 具有分级结构的二氧化钛材料的制备
采用改进后的微波辅助-HCl 法对芭蕉叶进行预处
理, 将清洗干净并自然风干的芭蕉叶浸泡在 5% HCl 溶
液中并置于680 W微波下辐照10 min, 继续浸泡5 h; 取
出模板清洗和干燥.

化 学 学 报 研究论文

2358 http://sioc-journal.cn © 2012 Shanghai Institute of Organic Chemistry, Chinese Academy of Sciences Acta Chim. Sinica 2012, 70, 2353—2358


图 8 芭蕉叶模板-TiO2光催化材料的制备工艺流程示意图
Figure 8 Schematic representation for the synthesis procedure of bio-
templated-TiO2 framework from banana leaves
将处理好的芭蕉叶浸入钛酸正丁酯和乙醇体积比
为 1∶20 的前驱液中; 24 h 后取出模板, 置于空气中自
然水解 2 h, 于 30 ℃充分干燥. 将得到芭蕉叶-TiO2 材
料置入马弗炉中 350 ℃灼烧 1 h 后, 采用 1 ℃/min 的缓
慢升温方式, 将温度升至 500 ℃继续煅烧 3 h, 制备出
白色的具有芭蕉叶结构的 TiO2材料[22].
4.3 二氧化钛材料的表征
利用改进的碘-硫酸纤维素显色法[11]分别对芭蕉叶
模板和芭蕉叶-TiO2 材料进行显色反应, 将反应后的材
料分别置于 Olympus 1X71(日本)倒置落射式显微镜观
察. 通过细胞壁的显色, 检测材料的微观结构及在模板
上原位生长的情况. 利用 Quanta 200FEG 环境电子扫描
显微镜观察材料横截面及表面的显微结构 ; 采用
JEM-2010 高分辨透射电子显微镜观察材料的多孔结
构、晶粒大小和晶面间距等.
采用荷兰 Philips 的 X’pert 多功能 X 射线衍射仪进
行 X 射线衍射谱(XRD)的测试. 采用美国 Micromeritics
公司的Tristar II 3020 V1.03全自动比表面积和孔隙分析
仪对样品比表面积和孔径进行测定. 采用 Shimadzu(日
本)UV-VIS-NIR 分光光度计(型号: Solidspec-3700DUV),
测定紫外-可见光漫反射光谱, 测定范围: 200～800 nm.
4.4 吸附-光催化性能的考察
以染料亚甲基蓝(MB, C16H18ClN3S•3H2O)作为模型
考察材料的吸附性能和光催化性能. 反应在 50 mL 石英
试管中进行, 染料浓度为 25 mg/L, 光催化材料用量为 1
g/L. 反应前, 将催化剂与染料溶液在暗室中混合均匀
并搅拌90 min, 以便达到吸附平衡. 开启氙灯(500 W)模
拟太阳光, 对反应体系照射 90 min. 空白为不加催化材
料的亚甲基蓝溶液, 以 DegussaP25 和不使用任何模板
的溶胶-凝胶法制备的普通 TiO2 (Common-TiO2)为对照.
每 10 min 取样一次, 并以 10000 r/min 离心 5 min, 通过
Shimadzu 公司 UV-2550PC 紫外-可见光分光光度计测
定上清液的吸光值. 材料对亚甲基蓝的吸附效率可以通
过方程式(C0－C)/C0 计算, 光催化反应速率则按照准一
级动力学反应方程式 k＝ln(C0/C)/t, 其中 C0和 C 分别是
指吸附反应或光照反应 t min 前后的样液吸光值.
References
[1] Xu, P.; Tao X.; Lu, J.; Gao, S.; Hosmane, N.; Huang, B. B.; Dai, Y.;
Wang, Y. B. Energy Environ. Sci. 2010, 3, 1128.
[2] Cheng, X. W.; Yu, X. J.; Xing, Z. P. J. Alloys Compd. 2012, 523,
22.
[3] Yang, H.; Pan, C. X. J. Alloys Compd. 2010, 501, L8.
[4] Yang, X. Y.; Leonard, A.; Lemaire, A.; Tian, G.; Su, B. L. Chem.
Commun. 2011, 47, 2763.
[5] Yu, J. G.; Yu, J. C.; Leung, M. K. P.; Ho, W.; Cheng, B.; Zhao, X.
J.; Zhao, J. C. J. Catal. 2003, 217, 69.
[6] Tsubaki, N.; Zhang, Y.; Sun, S.; Mori, H.; Yoneyama, Y.; Li, X.;
Fujimoto, K. Catal. Commun. 2001, 2, 311.
[7] Yang, L.; Guan, W. S.; Bai, B.; Xu, Q.; Xiang, Y. J. Alloys Compd.
2010, 504, L10.
[8] Sotiropoulou, S.; Sierra-Sastre, Y.; Mark, S. S.; Batt, C. A. Chem.
Mater. 2008, 20, 821.
[9] Fan, T. X.; Chow, S. K.; Zhang, D. Prog. Mater. Sci. 2009, 54, 542.
[10] Zheng, H. W. M.S. Dissertation, Guangxi University, Nanning,
2009. (郑华伟, 硕士论文, 广西大学, 南宁, 2009.)
[11] Ma, H. Post-doctoral Dissertation, Anhui Agriculture University,
Hefei, 2011. (马欢, 博士后论文, 安徽农业大学, 合肥, 2011.)
[12] Iwai, M.; Minagawa, J. Photosynthesis. Energy from the Sun: 14th
International Congress on Photosynthesis, Springer, The Nether-
lands, 2008, pp. 1017～1023.
[13] Niinemets, U.; Sack, L. Progress in Botany, Vol. 67, Eds.: Esser, K.;
Beyschlag, W.; Murata, J., Springer-Verlag Berlin, Heidelberg,
2006, p. 385.
[14] Vantomme, A.; Leonard, A.; Yuan, Z. Y.; Su, B. L. Colloids Surf.,
A: Physicochem. Eng. Aspects 2007, 300, 70.
[15] Ueno, O.; Sentoku, N. Plant Cell Environ. 2006, 29, 257.
[16] Matsuoka, M.; Furbank, R. T.; Fukayama, H.; Miyao, M. Annu. Rev.
Plant Physiology Plant Mol. Biol. 2001, 52, 297.
[17] Klug, H. P.; Alexander, L. E. X-ray Diffraction Procedures for
Polycrystalline and Amorphous Materials, Wiley, New York, 1974,
p. 966.
[18] Gregg, S. J.; Sing, K. S. W. Adsorption, Surface Area and Porosity,
2nd ed., Academic Press, New York, 1982, p. 111.
[19] Chen, X. F.; Wang, X. C.; Fu, X. Z. Energy Environ. Sci. 2009, 2,
872.
[20] Sun, X. H.; Zheng, C. M.; Qiao, M. Q.; Yan, J. J.; Wang, X. P.;
Guan, N. J. Chem. Commun. 2009, 4750.
[21] Yuan, Z. Y.; Su, B. L. J. Mater. Chem. 2006, 16, 663.
[22] Ma, H. CN 101966446A, 2011 [Chem. Abstr. 2011, 154, 262949].
(马欢, CN101966446A, 2011.)
(Zhao, X.)