研究目的
通过使用碳纳米管（CNTs）作为“电子桥”实现高效电荷分离，阻碍光生电子 - 空穴对的复合，从而增强二氧化钛（TiO?）的光催化活性，提高对4 - 硝基苯酚等有机污染物的降解效果。
研究成果
含5%碳纳米管（CNT）的TiO?@CNTs复合材料因碳纳米管作为“电子桥”促进有效电荷分离，展现出优异的光催化活性。这使得电子寿命延长，在模拟太阳光下对4-硝基苯酚（4-NP）的降解率高达100%，且多次循环后仍保持良好稳定性。该研究为设计高效TiO?基环境修复光催化剂提供了思路。
研究不足
该研究仅限于在受控条件下针对特定污染物（4-硝基苯酚）开展的实验室规模实验。催化剂呈粉末形态，在循环使用过程中可能出现质量损失并导致效率下降。最佳碳纳米管含量为5%，更高含量会降低性能。该机制依赖可见光照射，实际环境条件及其他污染物可能导致性能变化。
1：实验设计与方法选择：
本研究通过合成分级TiO?微球并与碳纳米管（CNTs）复合形成TiO?@CNTs复合材料，旨在利用CNTs的导电性促进电子转移并减少电荷复合。实验方法包括水热合成、退火处理及多种表征技术。
2：样品选择与数据来源：
TiO?微球采用钛酸四丁酯和二乙烯三胺合成；CNTs购自深圳纳米港有限公司并经酸处理，以不同CNT质量比（0%、3%、5%、10%）制备复合材料；以4-硝基苯酚（4-NP）作为模型污染物。
3：0%、3%、5%、10%）制备复合材料；以4-硝基苯酚（4-NP）作为模型污染物。 实验设备与材料清单：
3. 实验设备与材料清单：设备包括聚四氟乙烯内衬不锈钢高压反应釜、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、液相色谱-质谱联用仪（Waters Xevo G2 QTof MS）、离子色谱仪（IC-883，Metrohm）、紫外-可见分光光度计、氙灯（PLS-300 W，北京普析通用公司）、电化学工作站（CHI660D，辰华）等；材料包括钛酸四丁酯、二乙烯三胺、异丙醇、氨水、乙醇、去离子水、Na?SO?及CNTs。
4：实验流程与操作步骤：
TiO?微球经200°C水热反应24小时后400°C退火；CNTs酸处理后与TiO?在氨水溶液中混合，160°C水热处理16小时再退火。光催化降解测试将催化剂分散于4-NP溶液，避光搅拌至吸附平衡后氙灯照射，取样进行紫外检测；电化学分析在三电极体系中进行。
5：数据分析方法：
通过紫外-可见光谱测定浓度，光致发光（PL）光谱分析复合速率，光电流与电化学阻抗谱（EIS）评估电化学性能，高效液相色谱-质谱（HPLC-MS）鉴定中间产物；采用准一级动力学计算速率常数。
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Ion Chromatograph
IC-883
Metrohm
Determination of NO2- and NO3- concentrations
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Xe Lamp
PLS-300 W
Beijing Perfectlight Co. Ltd.
Source of simulated solar light for photocatalytic experiments
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Scanning Electron Microscope
SEM
Characterization of morphology and structure of TiO2@CNTs composites
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X-ray Diffraction
XRD
Analysis of crystal structure and phase identification
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Transmission Electron Microscopy
TEM
Detailed microstructural analysis and lattice spacing measurement
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Liquid Chromatography-Mass Spectrometry
Xevo G2 QT of MS
Waters
Identification of intermediate products during degradation
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Electrochemical Workstation
CHI660D
Chenhua
Analysis of photoelectric properties and electrochemical impedance
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Carbon Nanotubes
Shenzhen Nanotech Port Co. Ltd
Used as conductive 'e-bridge' to enhance charge separation in TiO2 composites
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Teflon-lined Stainless Steel Autoclave
Hydrothermal synthesis of TiO2 microspheres and TiO2@CNTs composites
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