可调控缺陷的漂浮型黑色二氧化钛空心玻璃微球用于增强海水分解与石油污染物降解

本研究通过溶胶-凝胶法与NaBH4固态还原制备了具有可调缺陷（Ti3+/氧空位）的黑色TiO2包覆空心玻璃微球（HGMs）。该材料兼具漂浮特性与高光催化活性，在海水制氢（H2）和石油污染物降解中表现卓越，为环境修复与能源转换领域提供了可回收的高性能光催化剂（photocatalyst）设计新策略。

　　

Activated HGMs

空心玻璃微球（HGMs）经去离子水和无水乙醇多次清洗去除表面杂质后，在1 mol/L NaOH溶液中处理2小时。漂浮于溶液表面的微球被收集并在100°C下干燥24小时。如图1所示，经NaOH处理的HGMs表面生成OH官能团，这些基团可作为TiO₂纳米颗粒的成核位点，促进其均匀锚定。

Results and discussions

通过X射线衍射（XRD）分析不同退火温度下TiO₂/HGMs的结晶度（图2a）。HGMs为无定形结构，SiO₂衍射峰出现在21.80°。随着退火温度升高，TiO₂衍射峰逐渐锐化。600°C时TiO₂/HGMs(600)的衍射峰强度最大，在25.24°（101晶面）等处出现典型锐钛矿特征峰，表明该温度下结晶度最优。

Conclusions

本研究通过固态还原法成功合成m-TiO₂/HGMs(600)-2材料。过程中引入可调控的Ti³⁺与氧空位缺陷，在价带和导带间形成中间能级，导致材料颜色由白变灰最终呈黑色，显著增强可见光吸收能力与光生载流子分离效率。当NaBH₄用量为2g时，材料在海水制氢和柴油污染物降解中表现出最高活性，分别为白色TiO₂/HGMs的2.5倍和1.3倍，且循环稳定性优异。