金红石相二氧化钛因其高的光催化效率、结构稳定性和无毒性，成为光催化领域的研究热点之一。然而，其宽带隙（3.0-3.2ev）导致光吸收主要局限在紫外区域，限制了其在可见光下的应用。为了克服这一限制，研究人员提出了多种改性方法，其中包括引入束缚单电子的氧空位。
传统的合成方法如射频等离子处理和氮元素掺杂，虽然能有效提高二氧化钛的可见光响应，但其工艺复杂、设备成本高，难以实现大规模工业化生产。因此，开发一种简单、低成本的合成方法成为了技术上的重要挑战。
本文介绍的合成方法通过将聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物P123和四异丙醇钛TTIP溶于浓盐酸、异丙醇和去离子水的混合溶液中，经过蒸发、水热反应和抽滤等步骤，成功制备出含有束缚电子氧空位的金红石相二氧化钛光催化剂。具体步骤如下：
1. 将0.2g P123和2.3g TTIP溶于0.7mL浓盐酸、2.35mL异丙醇和0.15mL去离子水的混合溶液中。
2. 将混合溶液在蒸发皿中室温蒸发12-24小时后，转移至水热反应釜中，在180℃下晶化12-48小时。
3. 晶化后，产品经过抽滤和自然晾干，即可得到目标产物。
该方法合成的二氧化钛光催化剂具有以下显著优势：
1. 可见光响应性能：由于存在大量的束缚电子氧空位，催化剂能够吸收可见光，从而显著提高其在可见光下的光催化活性。
2. 热稳定性强：金红石相二氧化钛在高温下仍能保持稳定的晶体结构，确保其在实际应用中的耐久性。
3. 形貌均匀：制备的纳米棒状二氧化钛尺寸均匀，结晶度高，有利于提高光催化效率。
4. 工艺简单：合成过程中无需引入其他半导体或掺杂元素，反应条件可控性强，适合规模化生产。
该合成方法的关键在于通过控制P123与TTIP的质量比、混合溶液的蒸发时间以及水热反应的条件，来实现对催化剂结构性能的精确调控。例如，P123与TTIP的质量比为1:6-12时，能够确保混合溶液中的钛源充分均匀分布，从而在后续水热反应中形成稳定的金红石相结构。
此外，浓盐酸的浓度控制在36%-38%范围内，能够有效调节反应体系的酸碱度，促进结晶过程。水热反应的温度和时间则直接影响催化剂的晶体结构和氧空位的形成。通过优化这些参数，可以制备出具有高可见光活性的金红石相二氧化钛光催化剂。
该合成方法具有工艺简单、成本低廉的优势，为金红石相二氧化钛光催化剂的工业化生产提供了技术保障。在环境净化、水处理和太阳能利用等领域，含有束缚电子氧空位的二氧化钛光催化剂展现出广阔的应用前景。
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