TiO2納米晶{001}面選擇性沉積Co3O4及其光催化性能研究

班 垚， 李瑞瑞， 劉有智， 焦緯洲， 張巧玲， 郭 婧

(1. 中北大學(xué) 化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院， 山西 太原 030051；2. 中北大學(xué) 超重力化工過(guò)程山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 山西 太原 030051)

0 引 言

紡織品行業(yè)染料廢水的多樣性、 毒性和持久性等是水體污染的重要來(lái)源之一[1]. TiO2光催化劑因其無(wú)毒、 環(huán)保、 礦化徹底等優(yōu)勢(shì)在處理水體中低濃度有機(jī)污染物方面具有突出優(yōu)勢(shì). 但TiO2的禁帶寬度較寬， 光響應(yīng)范圍窄， 量子效率偏低， 限制了其實(shí)際應(yīng)用， 通常需通過(guò)離子摻雜、 貴金屬負(fù)載、 半導(dǎo)體復(fù)合等方法進(jìn)行改性以提高其光催化效率[2-4]. 此外， 改變TiO2的晶面結(jié)構(gòu)也可顯著影響其光催化性能[5]. 研究表明， TiO2{101}與{001}面共同暴露可形成表面異質(zhì)結(jié)， 有利于光生電子空穴的遷移和分離[6-7]. Yu等[8]通過(guò)控制HF用量制備了系列不同{101}和{001}晶面暴露比例的TiO2納米晶， 當(dāng)晶面比例為45∶55時(shí)， 其CO2還原制CH4的光催化活性最佳. Han等[9]以鈦酸正丁酯為鈦源， HF為形貌控制劑， 制備的89%{001}晶面暴露TiO2納米片光催化降解甲基橙(MO)的效率遠(yuǎn)優(yōu)于商業(yè)P25. Miao等[10]以TiF4為前驅(qū)體， 通過(guò)水熱法處理TiF4-HCl溶液制備超過(guò)90%{001}晶面暴露的TiO2微球也顯示出優(yōu)異的光降解MO活性. 上述研究多使用容易致癌的含氟物質(zhì)作為形貌控制劑， 因此， 需找到一種更加綠色環(huán)保的方法來(lái)制備{001}和{101}晶面共暴露的TiO2晶體. 鈦酸鉀納米線(xiàn)因其水解速率慢， 可作為前驅(qū)體用于制備特定晶型的TiO2. Hong等[11]以鈦酸鉀納米線(xiàn)為前驅(qū)體成功制備了獨(dú)特的類(lèi)納米棒狀TiO2晶體. Ye等[12]以鈦酸鉀納米線(xiàn)為前驅(qū)體采用無(wú)氟形貌控制劑分別得到了{(lán)001}, {101}, {010}單一晶面暴露比例大于90%的TiO2納米晶體.

半導(dǎo)體復(fù)合改性主要是利用改性材料與TiO2能帶位置的差異來(lái)促進(jìn)電子和空穴的轉(zhuǎn)移， 抑制其復(fù)合. 此外， TiO2的光催化活性還強(qiáng)烈依賴(lài)于其晶型結(jié)構(gòu)， {001}晶面活性更高， 傾向于容納空穴， {101}晶面相對(duì)穩(wěn)定， 傾向于容納電子[13]， 大多數(shù)無(wú)規(guī)隨機(jī)沉積忽略了晶面效應(yīng)， 往往會(huì)削弱其應(yīng)有的強(qiáng)化作用. Liu等[14]利用選擇性沉積制備的Fe2O3/TiO2/Pt催化劑的制氫能力分別是隨機(jī)沉積和純TiO2催化劑的2.2倍和30倍. Meng等[15]通過(guò)光沉積選擇性地將MnOx和Pt分別沉積在TiO2的{001}面和{101}面， 構(gòu)造的TiO2/MnOx/Pt三元復(fù)合材料光催化還原CO2制CH4和CH3OH的收率是未改性TiO2納米片的3倍以上. 所以， TiO2的晶面調(diào)控與選擇性沉積相結(jié)合可有效增強(qiáng)其光催化活性. Co3O4在水性介質(zhì)中性質(zhì)穩(wěn)定， 禁帶寬度窄(Eg為2.07 eV)， 且其價(jià)帶和導(dǎo)帶位置均高于TiO2， 可促進(jìn)TiO2光生電子和空穴的轉(zhuǎn)移[16]. 此外， Co3O4可有效捕獲空穴[17]， 因此， 本文選取Co3O4為助催化劑， 選擇性沉積在TiO2富空穴的{001}晶面以進(jìn)一步提高其光催化活性.

綜上， 本文以鈦酸鉀納米線(xiàn)(KTNWs)為前驅(qū)體， (NH4)2CO3為形貌控制劑， 合成系列不同{001}面暴露比例的TiO2納米顆粒， 在最優(yōu)暴露比例的基礎(chǔ)上選擇性沉積Co3O4， 并選取羅丹明B染料為目標(biāo)降解物探究其光催化降解性能.

1 試劑與儀器

1.1 試 劑

碳酸銨((NH4)2CO3， AR， 30% NH3)， 硝酸鈷(Co(NO3)2·6H2O， AR， 質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥99%)， 上海阿拉丁生化技術(shù)有限公司； 納米二氧化鈦(商業(yè)P25， 20 nm)， 上海麥克林生化有限公司； 氫氧化鉀(KOH， AR， 質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥85%)， 無(wú)水乙醇(CH3CH2OH, AR， 質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥99.7%)， 碘酸鉀(KIO3， AR， 質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥99.8%)， 氯化鉀(KCl， AR， 質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥99.5%)， 羅丹明B(RhB， AR)， 天津光復(fù)精細(xì)化學(xué)研究所.

1.2 儀 器

D8 AdvanceX射線(xiàn)衍射儀(XRD)， 德國(guó)布魯克科技有限公司； Agilent cary 5000 紫外-可見(jiàn)漫反射(UV-Vis DRS)， 美國(guó)安捷倫科技有限公司； Gemini SEM 300掃描電鏡(SEM)， 德國(guó)卡爾蔡司公司； X-MaxN50X射線(xiàn)能譜儀(EDS)， 英國(guó)牛津儀器公司； Quantachrome Autosorb-iQ比表面積分析儀(BET),美國(guó)康塔公司； BrukerA 5000電子順磁共振波譜儀(EPR)， 德國(guó)Bruker公司.

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 TiO2納米晶的制備

將1 g P25加入到40 mL KOH溶液中(9.98 mol/L)， 攪拌30 min； 在高壓反應(yīng)釜中200 ℃ 保溫16 h， 產(chǎn)物經(jīng)離心洗滌干燥得到KTNWs前驅(qū)體[18]. 將KTNWs和(NH4)2CO3超聲分散在蒸餾水中形成白色懸浮液， 將懸浮液轉(zhuǎn)移到高壓反應(yīng)釜中200 ℃下保溫16 h. 反應(yīng)后離心分離， 用蒸餾水和無(wú)水乙醇反復(fù)洗滌至上清液呈中性， 將產(chǎn)物在80 ℃下干燥. 通過(guò)改變(NH4)2CO3的濃度調(diào)整{001}晶面的暴露比例， 如表 1 所示， 分別將制備的TiO2納米晶表示為0 Ti， 0.005 Ti， 0.01 Ti， 0.015 Ti， 0.02 Ti， 0.03 Ti， 0.04 Ti.

表 1 添加不同濃度(NH4)2CO3制備的TiO2

2.2 TiO2{001}晶面選擇性沉積Co3O4

在{101}和{001}晶面最優(yōu)暴露比例催化劑 0.005 Ti 上選擇性沉積Co3O4. 以Co(NO3)2為前驅(qū)體， KIO3為電子清除劑， 通過(guò)光活化氧化在TiO2{001}面沉積Co3O4. 將50 mg TiO2分散在KIO3溶液中(0.01 mol/L)， 加入適量30 mmol/L的Co(NO3)2溶液持續(xù)攪拌， 并在紫外燈下輻照2 h. 離心收集白色沉淀， 洗滌后將產(chǎn)物在烘箱中干燥. 如表 2 所示， 以0.005 Ti樣品為基底， 通過(guò)調(diào)整Co(NO3)2的加入量制備系列不同Co3O4含量的樣品， 產(chǎn)物分別標(biāo)記為0.018% Ti-Co， 0.5% Ti-Co， 1% Ti-Co， 2% Ti-Co， 3% Ti-Co， 4% Ti-Co(其中0.018% Ti-Co表示Co/TiO2的質(zhì)量比為0.018%).

表 2 TiO2{001}晶面選擇性沉積不同含量Co3O4

2.3 光催化降解RhB活性測(cè)試

稱(chēng)取30 mg TiO2樣品加入至30 mL RhB(10 mg/ L)溶液中， 在15 W、 波長(zhǎng)365 nm紫外燈下進(jìn)行光催化實(shí)驗(yàn). 在暗箱中攪拌30 min使染料在TiO2表面達(dá)到吸附-脫附平衡， 量取2 mL溶液， 離心分離獲得上清液， 并在554 nm下測(cè)量溶液的吸光度值， 記錄為A0.光照間隔固定時(shí)間取點(diǎn)， 測(cè)定其吸光度并記為At， 根據(jù)式(1)計(jì)算RhB的降解率R[19].

(1)

2.4 最優(yōu)晶面暴露比例的計(jì)算

為確定最優(yōu)光催化活性TiO2樣品{001}晶面的暴露比例， 采用圖 1 所示方法進(jìn)行計(jì)算.

(a) TiO2納米晶結(jié)構(gòu)模型圖

圖 1(a) 為截?cái)嗟氖骐p錐體銳鈦型TiO2納米晶結(jié)構(gòu)模型圖， 其由上下兩個(gè)方形{001}面和8個(gè)梯形{101}面構(gòu)成. 如圖1(b)所示， TiO2納米晶{001}面和{101}面的面積及{001}面所占比例可由式(2)～式(4)進(jìn)行計(jì)算[20].

S001=2a2,

(2)

(3)

(4)

式中：θ為{001}和{101}晶面的面夾角理論值，θ=68.3°；a和b分別為十面體頂部{001}和{101}晶面共用邊的邊長(zhǎng)和側(cè)面{101}晶面共用邊的邊長(zhǎng)， 且0≤a/b≤1.

2.5 光催化機(jī)理探究

分別加入硫代硫酸鈉(Na2S2O3)、 叔丁醇(TBA)和乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-Na2)作為電子(e-)、 羥基自由基(·OH)和空穴(h+)的清除劑， 其他操作與光催化測(cè)試實(shí)驗(yàn)相同.

3 結(jié)果與討論

3.1 SEM分析

為探究不同條件下TiO2納米晶的生長(zhǎng)趨勢(shì)， 對(duì)系列TiO2樣品進(jìn)行了SEM測(cè)試. 圖2(a)為所制備的KTNWs前驅(qū)體的SEM圖， 由圖可知P25與KOH混合后經(jīng)水熱可形成納米線(xiàn)且分布較均勻. 圖 2(b)～圖 2(f)為所制備系列TiO2納米晶的SEM圖. 銳鈦礦TiO2{001}, {101}, {100} 3個(gè)主要晶面的表面能分別為0.90 J·m-2, 0.44 J·m-2和 0.53 J·m-2[20]， 在自然條件下TiO2會(huì)沿著高活性晶面生長(zhǎng)， 最終暴露出低能{101}晶面以降低表面能， 因此， 在不添加形貌控制劑的情況下， TiO2主要是由熱力學(xué)穩(wěn)定的{101}晶面組成， 如圖2(b) 所示， TiO2主要表現(xiàn)為暴露{101}晶面的八面雙錐體結(jié)構(gòu)， 而加入(NH4)2CO3形貌控制劑后， 其分解產(chǎn)生的碳酸根離子會(huì)吸附在{001}晶面從而有效降低{001}晶面的表面能， 使{001}晶面逐漸暴露[21]. 如圖 2(c)～圖2(e)所示， 加入(NH4)2CO3后TiO2樣品出現(xiàn){001}晶面， 且隨著(NH4)2CO3濃度的增加， {001}面暴露比例逐漸增大， 形貌也由八面雙錐體逐漸變?yōu)榻財(cái)嗟氖骐p錐體結(jié)構(gòu)， 上下兩面是{001}面， 側(cè)面8個(gè)等腰梯形是{101}面[22]. 由圖 2(b)～圖 2(e)可知， 隨著(NH4)2CO3濃度的增加， TiO2的晶粒尺寸也不斷增大， 由SEM圖統(tǒng)計(jì)量取顆粒平均粒徑得到顆粒平均粒徑的分布圖， 如圖 3 所示. 由圖 3 可知， 不加形貌控制劑的0Ti樣品平均粒徑約為48 nm， 加入形貌控制劑后樣品0.01 Ti 的平均粒徑約為78 nm, 隨著(NH4)2CO3濃度的增加， 樣品0.03 Ti的平均粒徑約為85 nm. 如圖2(f)所示， 進(jìn)一步增加(NH4)2CO3濃度所形成的TiO2納米顆粒形狀不規(guī)則且表面較粗糙， 說(shuō)明(NH4)2CO3濃度過(guò)高時(shí)會(huì)失去形貌控制能力. 以上分析表明， 形貌控制劑(NH4)2CO3可有效促進(jìn)TiO2{001}面的形成， 可通過(guò)控制(NH4)2CO3的濃度來(lái)控制{001}面的暴露比例. 高活性{001}晶面的暴露可與{101}晶面形成表面異質(zhì)結(jié)， 從而促進(jìn)光生電子空穴對(duì)的遷移和分離， 利于TiO2光催化活性的提高.

圖 2 TiO2納米晶的SEM圖

圖 3 TiO2納米晶粒徑分布圖

3.2 XRD分析

通過(guò)XRD測(cè)試來(lái)探究晶面調(diào)控所制備TiO2催化劑的晶型結(jié)構(gòu)， 結(jié)果如圖 4 所示. 由圖可知， 0 Ti， 0.02 Ti， 0.05 Ti 的主要衍射峰均在25.18°， 37.90°， 48.09°， 53.96°， 55.00°， 63.71°， 68.76°， 70.31°和75.03°處， 分別對(duì)應(yīng)于TiO2的 {101}， {004}， {200}， {105}， {211}， {204}， {116}， {220}和{215}面[23]， 與銳鈦型TiO2標(biāo)準(zhǔn)XRD式樣一致(JCPDSNo.021-1272). 由此可知， 所制備樣品均具有高度結(jié)晶的銳鈦礦相， 無(wú)雜質(zhì)相， 表明晶面調(diào)控制備的TiO2均為銳鈦型TiO2.

圖 4 TiO2納米晶XRD圖譜

3.3 TiO2-Co3O4 EDS分析

由于TiO2{001}晶面與{101}晶面間存在表面異質(zhì)結(jié)， 光生空穴和電子可以分別轉(zhuǎn)移到{001}面與{101}面上， 因此， 在光化學(xué)反應(yīng)中{001}晶面與{101}晶面分別提供了氧化位點(diǎn)和還原位點(diǎn)[14]. 光沉積時(shí)集中在{001}晶面上的空穴作為天然的氧化劑可誘導(dǎo)Co3O4的形成， 利于將Co3O4助催化劑選擇性地負(fù)載到TiO2{001}晶面上. 采用EDS探究0.018% TiO2-Co3O4催化劑的元素構(gòu)成及分布情況， 如圖 5 所示. 由圖 5(a) 可知， 樣品存在Ti, O, Co信號(hào)， 表明Co3O4已成功負(fù)載在TiO2表面. 由圖 5(b) 可知， Co元素亮點(diǎn)并非均勻分布于TiO2顆粒表面， 而是有明顯的稀疏和稠密之分， 且多呈線(xiàn)形分布(如圖 5(b) 標(biāo)注所示)， 這可間接表明Co3O4在TiO2的{001}晶面有選擇性沉積的趨勢(shì)， 在{101}晶面沒(méi)有分布或分布較少. 由于Co3O4的價(jià)帶位置較高， TiO2{001}晶面上的光生空穴易于轉(zhuǎn)移到Co3O4上， 從而進(jìn)一步促進(jìn)光生電子與空穴的遷移和分離， 提高TiO2的光催化活性.

圖 5 0.018% TiO2-Co3O4光催化劑的EDS mapping圖

3.4 比表面積測(cè)定

催化劑比表面積是影響其催化性能的重要因素， 因此， 利用BET來(lái)測(cè)定系列催化劑的比表面積. 如表 3 所示， P25比表面積為105.961 m2·g-1， 未添加(NH4)2CO3制備的樣品0 Ti比表面積為48.357 m2·g-1， 添加(NH4)2CO3的樣品0.005 Ti 比表面積為28.434 m2·g-1， 所制備樣品的比表面積明顯小于商業(yè)P25， 隨著(NH4)2CO3的加入， 其比表面積進(jìn)一步降低， 該結(jié)果與SEM顯示的樣品粒徑隨(NH4)2CO3濃度的增加而增大的結(jié)果保持一致.

表 3 TiO2樣品的比表面積

3.5 EIS測(cè)試

通過(guò)電化學(xué)阻抗譜(EIS)測(cè)試來(lái)探究所制備樣品光生電子空穴的分離和復(fù)合情況， 阻抗半徑越小表明光生電子空穴分離效率越高[24]. 圖 6 為加入不同濃度(NH4)2CO3制備TiO2的EIS圖， 由圖可知， 所制備的樣品中0.005 Ti的阻抗弧半徑最小， 說(shuō)明其光生電子空穴分離效率最高. 隨著(NH4)2CO3濃度的增加， 阻抗半徑逐漸增大， 這是因?yàn)閧001}晶面過(guò)多會(huì)成為光生載流子的復(fù)合中心， 進(jìn)而阻礙光生載流子的分離. 因此， 作為光催化劑TiO2{001}晶面的暴露比例并不是越高越好， 其存在最優(yōu)比例.

圖 6 TiO2納米晶的EIS圖

3.6 紫外可見(jiàn)漫反射分析

通過(guò)UV-Vis DRS來(lái)分析晶面調(diào)控所制備TiO2樣品的光響應(yīng)范圍， 研究晶面調(diào)控對(duì)光學(xué)帶隙的影響， 結(jié)果如圖 7 所示.

(a) 系列TiO2納米晶光吸收范圍圖

由圖可知， 所有樣品的曲線(xiàn)形狀相似， 表明晶面調(diào)控沒(méi)有改變TiO2的晶型結(jié)構(gòu)， 但所制備的系列TiO2相較商業(yè)P25的光吸收范圍有所擴(kuò)大， 提高了光能利用率， 且其最大吸收波長(zhǎng)隨(NH4)2CO3濃度的不同發(fā)生變化. 對(duì)圖 7(a) 中各曲線(xiàn)在吸光度下降最為劇烈處做切線(xiàn)， 與X軸的交點(diǎn)即為光吸收范圍的邊界值. 由圖 7(b) 可知， P25的吸收波長(zhǎng)為400 nm， 0.005 Ti的吸收波長(zhǎng)為406 nm， 0.01 Ti 的吸收波長(zhǎng)為412 nm， 0.02 Ti 的吸收波長(zhǎng)為416 nm， 0.03Ti的吸收波長(zhǎng)為409 nm. 由公式λ=1 240/Eg得其帶隙分別為3.10 eV， 3.05 eV， 3.00 eV， 2.98 eV， 3.03 eV， 由此可知， 晶面調(diào)控降低了TiO2的禁帶寬度， 提高了其光能利用率.

3.7 光催化測(cè)試結(jié)果

3.7.1 TiO2納米晶光催化性能測(cè)試

圖 8(a) 為系列TiO2光催化降解RhB的活性圖. 由圖可知： 晶面調(diào)控TiO2光催化活性均優(yōu)于P25； 隨著(NH4)2CO3濃度的增加， 其光催化活性呈先增強(qiáng)后降低的趨勢(shì)， (NH4)2CO3添加量為0.005 mol 即濃度為0.0714 mol/L時(shí)， 其光催化活性最強(qiáng). 圖 8(b) 為RhB降解動(dòng)力學(xué)圖， 圖 8(c) 為0.005 Ti不同光照時(shí)間降解RhB的波長(zhǎng)掃描. 以不同(NH4)2CO3濃度為橫坐標(biāo)，kapp為縱坐標(biāo)作圖得圖 8(d). 由圖 8 可知， 0.005 Ti樣品光催化活性最強(qiáng)， 光照190 min時(shí)RhB的降解率達(dá)97%以上， 其具有最優(yōu)的晶面暴露比例， 結(jié)合 0.005 Ti 樣品的SEM圖統(tǒng)計(jì)得，a邊長(zhǎng)度為30.29 nm，b邊長(zhǎng)度為 61.93 nm， 由式(2)～式(4) 計(jì)算可得此時(shí){001}晶面的暴露比約為10%. 盡管0.005 Ti比表面積僅為P25的1/3， 其降解效率卻是P25的3倍， 說(shuō)明{001}和{101}面共暴露形成的表面異質(zhì)結(jié)可明顯提升TiO2納米晶的光催化效率.

(a) 系列TiO2光降解RhB的活性圖

3.7.2 選擇性沉積Co3O4改性TiO2光催化降解RhB

為進(jìn)一步提升光催化劑的催化活性， 在最優(yōu)暴露比例樣品0.005 Ti的{001}晶面上選擇性沉積Co3O4， 考察不同Co3O4沉積量對(duì)改性TiO2光催化效果的影響. 由圖 9 可知， 0.018% Ti-Co對(duì)RhB的光降解效率最高， 其光催化效率(0.012 75 min)約為P25(0.003 63 min)的3.5倍. 該結(jié)果表明， 選擇性沉積Co3O4可進(jìn)一步提升光催化劑的催化活性， 但其含量不是越高越好. 這是由于0.005 Ti樣品{001}晶面占比較少， 容納Co3O4的能力有限， 過(guò)量的Co3O4會(huì)覆蓋TiO2{001}晶面的活性位點(diǎn)進(jìn)而削弱其光催化活性， 此外過(guò)多的Co離子會(huì)成為光生電子和空穴的復(fù)合中心， 也會(huì)減弱其光催化活性.

(a) TiO2-Co3O4光催化降解RhB的活性圖

3.8 TiO2-Co3O4自由基捕獲實(shí)驗(yàn)

為探究TiO2-Co3O4光降解的機(jī)理， 對(duì) 0.018% Ti-Co樣品進(jìn)行自由基捕獲實(shí)驗(yàn)， 分別加入Na2S2O3, TBA和EDTA-Na2作為e-、 ·OH 和h+的捕獲劑使自由基發(fā)生猝滅， 探究各自由基的作用. 由圖 10 可知， 加入捕獲劑可使 0.018% Ti-Co光催化活性得到抑制， 抑制效果強(qiáng)弱順序?yàn)閔+>·OH>e-， 表明在0.018% Ti-Co光催化降解RhB過(guò)程中h+是起主要作用的活性基團(tuán).

(a) 0.018% Ti-Co中加入不同抑制劑光催化降解RhB的活性圖

3.9 EPR分析

圖 11 TiO2 樣品的EPR圖譜

4 TiO2-Co3O4光催化降解機(jī)理推測(cè)

圖 12 為0.018% Ti-Co光降解機(jī)理示意圖. 光照下， 0.018% Ti-Co樣品中TiO2的電子被激發(fā)， 由價(jià)帶(VB)躍遷至導(dǎo)帶(CB)， {001}和{101}表面異質(zhì)結(jié)的存在可使光生電子和空穴分別向{101}和{001}晶面遷移， 促進(jìn)了電子和空穴的分離.

圖 12 0.018% Ti-Co光降解機(jī)理示意圖

通過(guò)光氧化過(guò)程在N型半導(dǎo)體TiO2富空穴的{001}晶面選擇性附著P型半導(dǎo)體Co3O4， 在界面處形成了P-N結(jié). 由于Co3O4的價(jià)帶和導(dǎo)帶位置均高于TiO2[16]， 因此， 該P(yáng)-N結(jié)可使{001}晶面的空穴進(jìn)一步向Co3O4轉(zhuǎn)移， 而光生電子傾向于向相反方向遷移， 表面異質(zhì)結(jié)和P-N結(jié)的協(xié)同作用可有效促進(jìn)光生電子和空穴的分離， 進(jìn)而提升了其光降解RhB的活性.

5 結(jié) 論

本文采用水熱無(wú)氟路線(xiàn)制備了暴露{001}晶面的銳鈦型TiO2納米晶. 通過(guò)改變形貌控制劑(NH4)2CO3的濃度可調(diào)整TiO2納米晶{001}晶面的暴露情況. 由光催化實(shí)驗(yàn)可知{001}和{101}面的最佳暴露比例約為1∶9， 在此基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行Co3O4選擇性沉積改性， Co3O4最佳沉積量約為0.018%， 其光催化效率是商業(yè)P25的3.5倍. Co3O4的選擇性沉積和{101}與{001}晶面異質(zhì)結(jié)的協(xié)同效應(yīng)可促進(jìn)光生電子和空穴的有效分離， 進(jìn)而提高其光催化活性. 本研究表明， {101}和{001}晶面共暴露及選擇性沉積改性可有效提升光催化劑的催化活性， 可為高活性光催化材料的設(shè)計(jì)和制備提供借鑒.