研究目的
以聚苯乙烯为模板合成具有层级宏-介孔结构锐钛矿型TiO2单晶，并研究其降解有机污染物的光催化活性。
研究成果
采用部分玻璃化的聚苯乙烯（PS）作为模板，成功合成了具有层级宏-介孔结构的二氧化钛单晶。该材料展现出高结晶度、丰富的氧空位，以及对有机污染物降解表现出优异的光催化活性与稳定性。性能提升源于多孔单晶结构增强了载流子分离效率并促进了界面电荷转移。该方法为制备具有光催化等应用潜力的多孔单晶提供了灵活的途径。
研究不足
该合成过程需要精确的温度控制，以防止聚苯乙烯过度玻璃化，否则可能导致多孔性丧失。该方法若未经优化，可能难以扩大规?；蚴视糜谄渌牧?。光催化性能测试仅在模拟阳光下使用特定染料进行，因此其普适性仅限于实际条件或其他污染物。
1：实验设计与方法选择：
采用乙醇-水体系的一锅合成法，以聚苯乙烯（PS）为造孔剂、四氟化钛（TiF4）为钛前驱体。在PS玻璃化转变温度（100°C）下进行组装以最小化对晶体生长的干扰。
2：样品选择与数据来源：
使用约200纳米的聚苯乙烯球作为模板，四氟化钛（TiF4）作为前驱体，罗丹明B、亚甲基蓝和甲基橙等有机污染物用于光催化测试。
3：实验设备与材料清单：
设备包括透射电镜（TEM）、场发射扫描电镜（FESEM）、高分辨透射电镜（HRTEM）、X射线衍射仪（XRD）、拉曼光谱仪、氮气吸附分析仪、X射线光电子能谱仪（XPS）、电子顺磁共振波谱仪（EPR）、紫外-可见分光光度计、光致发光光谱仪（PL）、光电流测试装置、电化学阻抗谱（EIS）装置及莫特-肖特基分析仪。材料包括PS、TiF4、乙醇、水和煅烧炉。
4：乙醇、水和煅烧炉。 实验步骤与操作流程：
4. 实验步骤与操作流程：将PS与TiF4混合，在100°C下进行水解缩合反应30分钟，随后在80°C下反应12小时。产物经离心、干燥后于550°C煅烧2小时去除PS。光催化测试在300瓦模拟太阳光下进行，通过紫外-可见吸收监测染料降解。
5：数据分析方法：
通过XRD和拉曼光谱进行物相鉴定，TEM和FESEM观察形貌，氮气吸附测定比表面积与孔径，XPS和EPR分析缺陷，PL检测氧空位，光电流与EIS评估电荷传输性能，动力学分析测定降解速率。
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Transmission Electron Microscope
Used for imaging the morphology and structure of PS-TiO2 and porous TiO2 samples.
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Field Emission Scanning Electron Microscope
Used for obtaining high-resolution images of the porous TiO2 structure.
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High-Resolution Transmission Electron Microscope
Used for detailed imaging of lattice fringes and selected-area electron diffraction to confirm single crystal nature.
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X-ray Diffractometer
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Raman Spectrometer
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N2 Sorption Analyzer
Used for measuring specific surface area, pore volume, and pore size distribution via BET and BJH methods.
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X-ray Photoelectron Spectrometer
Used for surface chemical composition analysis and detection of oxygen vacancies.
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Electron Paramagnetic Resonance Spectrometer
Used to investigate surface defects, specifically Ti3+ species and oxygen vacancies.
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UV-Vis Spectrophotometer
Used for absorption spectroscopy of TiO2 samples and monitoring dye degradation during photocatalytic tests.
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Photoluminescence Spectrometer
Used to study defect states and oxygen vacancies through emission spectroscopy.
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Photocurrent Measurement Setup
Used to measure the photocurrent generated by TiO2 samples under light irradiation.
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Electrochemical Impedance Spectroscopy Setup
Used for impedance measurements to analyze charge transfer resistance.
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Mott-Schottky Analyzer
Used to determine flat band potential and donor density from capacitance measurements.
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Calcination Furnace
Used for heat treatment to remove PS templates from the synthesized materials.
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Simulated Sunlight Source
300 W
Used as the light source for photocatalytic degradation experiments.
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