纳米二氧化钛微球的合成表征及应用.doc

纳米二氧化钛微球的合成、表征及应用 摘要：作为一种重要的无机功能材料， 纳米 TiO2以其优异的性能在精细陶瓷、半导体材料、光催化材料及环保等领域有着越来越广泛的应用。探寻优良的 TiO2制备工艺已成为当前相关研究的热点，本文对目前纳米二氧化钛常见的制备方法进行了简单的阐述，在此基础上分析比较了不同制备工艺的优缺点，并对二氧化钛微球的结构进行了表征，最后展望了今后的发展方向。 关键词：二氧化钛 合成 表征 应用 0 引言 纳米(nm)是一个计量单位，1nm就是1m的10亿分之一，约为头发直径的5万分之一。纳米TiO2即TiO2在三维空间中至少有一维 处 于 纳 米 尺 寸 范 围 （1 ～100nm）。纳米材料由于结构独特，具有小尺寸效应、量子效应、表面效应、界面效应等，从而具有传统材料所不具备的性能，在诸多领域有广泛的应用前景。纳米TiO2除了具备纳米材料的一般能外，与常规TiO2相比还具有粒径小、比表面积大、磁性强、光催化和吸附性能好等特点，另外还具有吸收紫外线能力强，表面活性大等优点。 1 纳米二氧化钛的合成方法 由于纳米TiO2具有许多优异性能，其用途相当广泛，因而其制备受到了人们的广泛关注。目前制备纳米TiO2的方法主要有两大类：物理法和化学法。其中制备纳米TiO2的物理法主要包括溅射法、热蒸发法和激光蒸发法等，而制备纳米TiO2的化学方法主要有沉淀法、溶胶－凝胶法、W/O微乳液法、水热法等。不同方法制备的纳米TiO2有不同的优缺点。 1.1 水热法 水热法是制备纳米氧化物的重要方法，是在密闭高压反应环境中，以水或水－有机溶剂混合体系为反应介质，在一定温度及压力下，使前驱物质溶解，进行重结晶。水热法通常是在高压反应釜内进行。在这个密闭体系中，其压力主要依赖于体系的组成和温度。在水热条件下制得的粉体具有分散且结晶良好、晶粒粒径小且分布均匀、不需高温锻烧等特点，能够实现粉体粒径、晶型等特性的可控性，但对设备要求比较高，操作复杂，能耗大，因而成本比较高。 1.2 液相水解法 液相水解法是以 TiCl4或 TiOSO4为原料，配制成一定浓度后，加入碱溶液进行中和水解，形成的TiO2水合物经解聚、洗涤、干燥和煅烧处理后得到不同晶型的纳米 TiO2产品。这种方法原料范围广，产品的成本较低，不过工艺路线长，自动化程度较低，可控难度较大。 1.3 微乳液法 微乳液法是近年来发展起来的一种制备纳米粉体的有效方法。微乳液是由表面活性剂、助表面活性剂(通常为醇类)、油(通常为碳氢化合物)和水(或电解质溶液)组成的透明的、各向同性的热力学稳定体系。油包水型(W/O)液滴的微观形态为:水核被油相包围在中间，形成一个个大小在几到几十纳米的“微型反应器”分散于油相中，TiO2颗粒在水相中生成，外部油相阻止了晶体的长大。通过控制“微型反应器”的尺寸来控制纳米颗粒的大小，可制得单分散的纳米粉体。 1.4 律真空蒸发镀膜法负载TiO2 真空蒸发镀膜技术是利用蒸发源的热能，在真空条件下，使膜材原子靠热运动而溢出膜材表面，并沉积到基材表面上去的一种沉积技术. 真空下制备薄膜，环境清洁，膜不易受污染，可获得致密性好、纯度高、膜厚均匀的涂层;膜材和基体材料有广泛的选择性，薄膜厚度可以进行控制，可以制备各种不同的功能性薄膜。 2 本文所用溶胶凝胶法制备TiO2 溶胶凝胶镀膜法的基本步骤是先制备溶胶凝溶液，然后用浸渍涂层、旋转涂层或喷涂法将溶胶溶液施于经清洁处理的基材表面，最后再经干燥焙烧，即可在基材表面形成一层薄膜。同其它方法相比，溶胶凝胶主要具有以下优点：(l)可通过简单的设备在大的、形状复杂的衬底表面形成涂层。(2)可获得高度均匀的多组分氧化物涂层和特定的组分不均匀涂层。(3)热处理过程所需的温度低。(4)可制备别的方法不能制备的材料，如有机一无机复合涂层。(5)可获得狭窄粒径分布、纳米级粒子尺寸的涂层。(6)很容易引入微量元素，掺杂改性。(7)可通过多种方法改变薄膜的表面结构和性能。 3 实验与讨论 3.1 药品及仪器 药品：钛酸丁酯(A.R.)；无水乙醇(A.R.)；浓盐酸(A.R.)；甲醛溶液(A.R.)；液体石蜡(C.P.)；脲素(A.R.)以及掺杂用的NH4Fe(SO4)2·6H2O、La(NO3)3、(NO3)3、Dy(NO3)3、Pr(NO3)3、Cu(Ac)2·H2O、Mn(Ac)2·4H2O、Co(Ac)2·4H2O、Ni(Ac)2·4H2O和降解用的亚甲基兰(A.R.)等。 仪器：三口瓶(100ml、250ml、500ml)；烧杯(10ml、50ml、500ml)；移液管(1ml、5ml、10ml)；量筒(10ml、25ml、50ml)；石英锥形瓶(150ml，两只)；碘镓灯(425nm，125W)；紫外灯(220