TiO2 has attracted significant interest owning to their excellent photocatalytic properties. However, controlled preparation of TiO2 with satisfactory morphology is still an urgent challenge in this field. In this work, tunable one-dimensional (1D) rod-like and three-dimensional (3D) yolk-like N-doped TiO2 hierarchical architectures were successfully fabricated by one-step solvothermal route. A comparative study on morphological, structural and optical behavior of 1D and 3D TiO2 is conducted by SEM, TEM, BET, XPS, UV–Vis DRS, photoelectrochemical and photodegradation experiments. The resultant N-doped TiO2 with specific surface area of 190.8 m2 g−1 and 166.6 m2 g−1 for rod-like structure and yolk-like structure, respectively, exhibited excellent photocatalytic performance using rhodamine B (RhB), methylene blue (MB) and phenol as the degraded pollutants under visible-light irradiation. Benefiting from the direct electrical path, multiple internal reflections of light and high specific surface area, the rod-like N-doped TiO2 possessed higher photocatalytic efficiency. Specifically, for rod-like N-doped TiO2, the reaction rate constant of the photodegradation for RhB, MB and phenol reached 12.1, 6.9 and 76.0 times, respectively, compared with P25. In comparison with yolk-like N-doped TiO2, the rate constant raised 1.5, 1.3 and 1.3 times. In addition, the formation mechanism of such controllable-morphology structure was also analyzed. This work suggests that the proper hierarchical structure combined with a large specific surface area plays a significant role on photocatalytic performance.

中文翻译：

---

制备可调节的 1D 棒状和 3D 蛋黄状 TiO2 分层结构以实现高效光催化

TiO2 因其优异的光催化性能而引起了人们的极大兴趣。然而，可控制备具有令人满意形貌的二氧化钛仍然是该领域面临的紧迫挑战。在这项工作中，通过一步溶剂热法成功制备了可调的一维（1D）棒状和三维（3D）蛋黄状 N 掺杂 TiO2 分层结构。通过 SEM、TEM、BET、XPS、UV-Vis DRS、光电化学和光降解实验对 1D 和 3D TiO2 的形态、结构和光学行为进行了比较研究。所得的 N 掺杂 TiO2 的比表面积分别为 190.8 m2 g-1 和 166.6 m2 g-1 的棒状结构和蛋黄状结构，使用罗丹明 B (RhB) 表现出优异的光催化性能，亚甲基蓝 (MB) 和苯酚作为可见光照射下的降解污染物。受益于直接电路径、光的多次内反射和高比表面积，棒状氮掺杂 TiO2 具有更高的光催化效率。具体而言，对于棒状 N 掺杂 TiO2，与 P25 相比，RhB、MB 和苯酚的光降解反应速率常数分别达到 12.1、6.9 和 76.0 倍。与蛋黄状 N 掺杂 TiO2 相比，速率常数提高了 1.5、1.3 和 1.3 倍。此外，还分析了这种可控形态结构的形成机制。这项工作表明，适当的分级结构与大比表面积相结合对光催化性能起着重要作用。受益于直接电路径、光的多次内反射和高比表面积，棒状氮掺杂 TiO2 具有更高的光催化效率。具体而言，对于棒状 N 掺杂 TiO2，与 P25 相比，RhB、MB 和苯酚的光降解反应速率常数分别达到 12.1、6.9 和 76.0 倍。与蛋黄状 N 掺杂 TiO2 相比，速率常数提高了 1.5、1.3 和 1.3 倍。此外，还分析了这种可控形态结构的形成机制。这项工作表明，适当的分级结构与大比表面积相结合对光催化性能起着重要作用。受益于直接电路径、光的多次内反射和高比表面积，棒状氮掺杂 TiO2 具有更高的光催化效率。具体而言，对于棒状 N 掺杂 TiO2，与 P25 相比，RhB、MB 和苯酚的光降解反应速率常数分别达到 12.1、6.9 和 76.0 倍。与蛋黄状 N 掺杂 TiO2 相比，速率常数提高了 1.5、1.3 和 1.3 倍。此外，还分析了这种可控形态结构的形成机制。这项工作表明，适当的分级结构与大比表面积相结合对光催化性能起着重要作用。棒状 N 掺杂 TiO2 具有更高的光催化效率。具体而言，对于棒状 N 掺杂 TiO2，与 P25 相比，RhB、MB 和苯酚的光降解反应速率常数分别达到 12.1、6.9 和 76.0 倍。与蛋黄状 N 掺杂 TiO2 相比，速率常数提高了 1.5、1.3 和 1.3 倍。此外，还分析了这种可控形态结构的形成机制。这项工作表明，适当的分级结构与大比表面积相结合对光催化性能起着重要作用。棒状 N 掺杂 TiO2 具有更高的光催化效率。具体而言，对于棒状 N 掺杂 TiO2，与 P25 相比，RhB、MB 和苯酚的光降解反应速率常数分别达到 12.1、6.9 和 76.0 倍。与蛋黄状 N 掺杂 TiO2 相比，速率常数提高了 1.5、1.3 和 1.3 倍。此外，还分析了这种可控形态结构的形成机制。这项工作表明，适当的分级结构与大比表面积相结合对光催化性能起着重要作用。速率常数提高了 1.5、1.3 和 1.3 倍。此外，还分析了这种可控形态结构的形成机制。这项工作表明，适当的分级结构与大比表面积相结合对光催化性能起着重要作用。速率常数提高了 1.5、1.3 和 1.3 倍。此外，还分析了这种可控形态结构的形成机制。这项工作表明，适当的分级结构与大比表面积相结合对光催化性能起着重要作用。