二氧化钛的研究全解.docx

纳米TiO2的制备与应用的研究摘要：TiO2由于其优良的性能，在太阳能储存、净化环境、传感器、涂料、美容产品、废水处理、催化剂、等方面引起了特别大的关注。本文主要介绍了运用模板法、水热法、化学气相沉积发来制备纳米TiO2，同时介绍了每一种方法的优点和缺点。除此此外还有阳极氧化的方法、液相沉积法、微乳液法等等。同时也阐述了纳米TiO2在光催化降解水，抗菌，解决有机污染物等方面的应用，并对纳米TiO2的前景进行了展望。关键词：纳米TiO2 催化剂 光生电子引言随着经济社会的快速发展，药品、个人护理产品、杀虫剂、表面活性剂、化工原料的使用日益增多，加上大部分人对环境保护认识不足，从而对环境造成了严重的影响。此外随着绿色化学的发展，人们越来越提倡尽运用化学的技术和方法，除去对环境，对人类有害的物质，也要尽可能利用像太阳光这样清洁而又丰富的资源。而二氧化钛由于其具有化学稳定性、能够和生物很好相容、相当强的氧化能力、以及抗化学腐蚀，抗光腐蚀的能力,更重要是是价格低廉,因此在储存太阳能、处理废水、净化环境、传感器、涂料、美容产品、催化剂、填充剂等诸多领域引起了人们极大的关注[1]，鉴于二氧化钛如此多优点，它的制备方法及其在光催化领域的应用显得尤为重要。纳米TiO2的制备尽管二氧化钛是一种非常有潜力的催化剂材料，但是TiO2的禁带宽度有3.2ev[2]，只有占太阳光5%的短波长的紫外线（λ﹤387 nm）能够将TiO2激发，但是因为光激发而产生的电子和空穴非常容易发生复合，使量子产率下降，这严重降低了二氧化钛的光催化效率[3]。为了提高太阳光的利用效率，从而改善TiO2的光催化效率，已经有人把过渡金属和稀土元素掺杂在里面，或者是沉积贵金属（银、金、铂等）、掺杂非金属（碳、氮等）、修饰半导体的表面、或者是敏化等[4]。2.1模板法 20世纪90 年代发展起来的模板法是一种合成一维纳米材料的有效方法。它可以用来合成纳米管和纳米线。模板法比较简单，预见性好；合成材料的结构、大小和形貌可以很好控制；重复率相当高。模板法有两种。他们分别是硬模板法和软模板法。以含有有序多空的材料为模板，在孔内合成需要的纳米以及微米的有序阵列的方法是硬模板法。当前有机聚合物、含孔的沸石，多孔的Al2O3，含孔的沸石常被用来作为硬模板法的模板。软模板法是通过大量的分子形成稳定的结构，依靠分子间作用力，空间限域能力，指导聚合物或着是无机化合物有规律性地组装，从而控制所要材料的组成、形貌、结构、尺寸、取向以及排布等等。由于不同的模板材料，性质也不相同，因此需要对模板进行分类。软模板法根据模板性质的不同，有表面活性剂模板，有机大分子模板、生物模板、和其他特别类型的模板, 其中研究最多的是以聚合物为模板。现在使用模板法制备TiO2，利用比较多的模板有聚合物、表面活性剂和多孔氧化铝模板。2.2水热法 水热法也称为高压溶液法，是使一些在正常大气压下难以溶解或者不溶在水里在高温高压下实现溶解，或许通过进行反应生成溶于水的产物，同时达到一定的过饱和度从而能够进行结晶和生长。多采用一步水热合成法合成TiO2，遗憾的是该方法对纳米TiO2的成核速率、生长速率不利[5]。而在这里第一次尝试先进行一步引发反应，将纳米TiO2先缓慢引发成核，然后再通过第二步即水热反应使晶粒生长。第一步的引发反应能够效控制TiO2晶粒的大小，同时第二步的水热反应可以有效控制晶粒的生长和分散情况。但是不足之处就是反应温度比较高，一般在400℃以上，这就需要设备的耐压耐热性能很高。2.3溶胶凝胶法溶胶－凝胶法是利用化学活性比较高的化合物作为前驱体，把这些原料在液相条件下下混合均匀，然后再进行水解、缩合这些化学反应，则在溶液中生成稳定且透明的溶胶体系，经过陈化作用后，胶粒之间缓慢地聚合，形成具有三维空间网络结构的凝胶，在凝胶的网络间填满了溶剂，而这些溶剂都失去了流动性。把制备出来的凝胶干燥和烧结固化，就能够制备出分子甚至是纳米亚结构的材料。制备TiO2溶胶的具体操作过程如图(1)所示[6]：以体积比125:5:1把无水乙醇、去离子水和盐酸进行混合，制成溶液A；再依据体积比100:125把钛酸丁酯和无水乙醇混合均匀,制成溶液B；然后逐滴把溶液A 加入到溶液B当中去，同时不间断地搅拌，最终形成TiO2溶胶。在上述形成的TiO2溶胶中加入一定量的球形氧化铝载体,浸渍15 min以后取出来，并且要进行洗涤, 然后干燥过夜（100℃），最后要在550℃下煅烧2h，这样就生成了具备负载性能的TiO2光催化材料。Fig1. Fabrication sheme for the supported TiO2 photocatalytic material和其他方法进行比较，溶胶－凝胶法具有许多与众不同的优点,像能够在很短的时间里实现