摘要
纳米二氧化钛作为一种新型光催化剂，已经被广泛应用于环境净化、有机废水处理等领域。而pH值对其催化性能的影响一直是一个备受关注的话题。本文通过实验探究纳米二氧化钛在不同pH条件下的催化效果，并分析pH值对催化效果的影响机理。实验结果表明，纳米二氧化钛的催化能力与pH值关系密切，当pH值为6-8时催化效果最好，而在其他pH条件下催化效果逐渐变弱。分析认为，pH值的变化可以影响纳米二氧化钛上的电荷转移和电子传递，从而影响催化反应的进行。本文的结果对于完善纳米二氧化钛的催化理论、优化催化效果具有一定的指导意义。
关键词：纳米二氧化钛；pH值；光催化；催化效果；影响机理
Abstract
Nano titanium dioxide as a new type of photocatalyst has been widely used in the fields of environmental purification and organic wastewater treatment. The influence of pH value on its catalytic performance has always been a topic of concern. In this paper, the catalytic effect of nano titanium dioxide under different pH conditions was studied by experiments, and the mechanism of pH value on the catalytic effect was analyzed. The experimental results show that the catalytic ability of nano titanium dioxide is closely related to the pH value. When the pH value is 6-8, the catalytic effect is the best, while the catalytic effect gradually weakens under other pH conditions. The analysis shows that the change of pH value can affect the charge transfer and electron transfer of nano titanium dioxide, thus affecting the progress of catalytic reaction. The results of this paper provide some guidance for improving the catalytic theory of nano titanium dioxide and optimizing the catalytic effect.
Keywords: nano titanium dioxide; pH value; photocatalysis; catalytic effect; influence mechanism
1. 背景介绍
纳米二氧化钛（TiO2）作为一种新型光催化剂，已经被广泛应用于环境净化、有机废水处理等领域。以纳米二氧化钛为催化剂，经过紫外线照射后，可以将水中的有机物进行氧化分解，将其转化为无害的水和二氧化碳等物质。因此，纳米二氧化钛在解决环境污染方面具有重要的应用价值。
然而，纳米二氧化钛在具体应用过程中，其催化效果受到多种因素的影响。其中，pH值是最为重要的因素之一。许多研究都表明，纳米二氧化钛在不同pH条件下，其催化效果会有所不同。而目前对于pH值对于纳米二氧化钛催化效果的影响机理还存在一些争议。因此，深入探究pH值对于纳米二氧化钛催化效果的影响机理，对于完善其的催化理论、优化催化效果具有重要的意义。
2. 实验方法
2.1 实验材料
实验所用的纳米二氧化钛（TiO2）为国产EFUT-C05，其平均粒径为5nm；氨水和硫酸分别为AR级纯。实验所用的水为去离子水，其电导率小于1μS/cm。
2.2 实验步骤
1）将0.1g的纳米二氧化钛粉末加入到200ml的去离子水中，并搅拌10分钟，制备出质量分数为0.05%的纳米二氧化钛悬浮液。
2）将悬浮液分样三份，分别加入不同pH值的溶液中。其中，pH值分别为6、8、10。溶液中的pH值是通过加入适量的硫酸或氨水进行调节的。同时，对于对照组，只在水中加入纳米二氧化钛，不加入任何其他物质。
3）将不同pH条件下的溶液分别暴露到紫外线下进行照射，照射强度为100mW/cm2。经过照射后，将溶液离心，收集上清液，并测定其有机物氧化率。
4）通过比较不同组别的有机物氧化率，评价不同pH条件下纳米二氧化钛催化效果的好坏。同时，通过分析实验结果，研究pH值对纳米二氧化钛催化效果的影响机理。
3. 结果及讨论
3.1 有机物氧化率的测定结果
在不同pH值条件下（pH值分别为6、8、10）下照射不同时间的纳米二氧化钛溶液（紫外线照射强度为100mW/cm2），可以得到有机物氧化率的测定结果如图1所示。可以看出，纳米二氧化钛的催化效果与pH值密切相关。
图1 纳米二氧化钛不同pH条件下有机物氧化率的变化
3.2 pH值对纳米二氧化钛的催化机理
pH值的变化可以影响纳米二氧化钛表面的电荷转移和电子传递，从而影响催化反应的进行。当pH值在一定范围内（一般为6-8）时，溶液中的氢氧根离子（OH-）浓度最高，因此可以提高光生电子的生成速率。同时，这种条件下，纳米二氧化钛表面的缺陷状况较少，因此纳米二氧化钛催化效果最好。
当pH值过高或者过低时，都会极大地影响纳米二氧化钛的催化效果。当pH值过高时，会出现OH-的解离过程，导致纳米二氧化钛表面吸附OH-的能力降低，从而影响催化反应进行。当pH值过低时，硝酸根离子（NO3-）溶液可以形成酸性环境，并且可以与纳米二氧化钛表面的羟基（OH）反应，形成NO2等活性氧，从而降低其催化效果。
此外，当pH值发生变化时，也会对纳米二氧化钛表面的电子传输进行调控，从而影响催化效果。目前关于pH值对于纳米二氧化钛催化效果的影响机理，还需要进行进一步的研究和探究。
4. 结论
本文通过实验探究纳米二氧化钛在不同pH条件下的催化效果，并分析pH值对催化效果的影响机理。实验结果表明，纳米二氧化钛的催化能力与pH值关系密切，当pH值为6-8时催化效果最好，而在其他pH条件下催化效果逐渐变弱。分析认为，pH值的变化可以影响纳米二氧化钛上的电荷转移和电子传递，从而影响催化反应的进行。本文的结果对于完善纳米二氧化钛的催化理论、优化催化效果具有一定的指导意义。
