课题研究-纳米二氧化钛上光还原沉积铜制备、表征及其光催化活性
纳米TiO2材料的制备及其光催化性能研究
纳米TiO2材料的制备及其光催化性能研究随着经济的发展，人们生活水平的提高，人们逐渐意识到可持续发展的重要。
环境问题已严重影响现代文明的发展，有机污染物具有持久性的特点而长期威胁人类健康，开发和设计仅利用太阳能即可完成对有机污染物降解的新材料将会是解决环境问题的有效方法之一。
纳米TiO2作为一种光催化材料，具有优异的物理和化学性质，因而被广泛应用和重点研究。
本文就纳米TiO2材料的制备及其光催化性能展开探讨。
标签：纳米TiO2;光催化;制备方法;光催化效能引言半导体光催化技术是解决环境污染与能源短缺等问题的有效途径之一。
以二氧化钛为代表的光催化剂在染料敏化太阳能电池、锂离子电池、光伏器件以及光催化领域表现出明显的使用优势.但是TiO2本身的弱可见光吸收、低电导率、高载流子复合速率限制了其在工业生产中的进一步使用。
科技工作者一般通过掺杂、半导体复合、燃料敏化、表界面性质改性等方法提高TiO2的光电化学性能，使其能在生产实践中广泛应用。
1、TiO2材料简介TiO2在自然界中的主要存在形态为金红石、锐钛矿和板钛矿三种晶型，其中金红石是TiO2的高温相，锐钛矿和板钛矿两种形态是TiO2的低温相。
在三种晶型中光催化活性最好的为锐钛矿型TiO2。
锐钛矿型TiO2的禁带宽度为3.2eV 与之对应的激发波长为387nm。
所以，TiO2作为光催化剂在紫外光条件下具有催化活性，在可见光下一般没有活性。
只有对它的结构进行改性，使它的禁带宽度得以缩小，才可以实现材料在可见光条件下的催化降解反应。
改性的方式目前主要有以下几种方法：通过改变晶体内部结构来改变催化剂禁带宽度的离子掺杂方法，通过形成异质结改变能带结构的半导体复合法，提高催化剂对光的吸收能力的表面光敏化法，增大催化剂比表面积使晶粒细化的负载载体法等。
光催化材料中电子e一和空穴h十的浓度会影响有机物的降解速度。
粒径的减小能够使表面原子增加，使光催化剂吸收光的效率显著提高，使其表面e一和h十的浓度增大，从而提高光催化剂的催化活性。
纳米二氧化钛粉体的制备与表征
纳米TiO粉体的制备与表征2一：引言•纳米材料是指在三维空间中至少在一维方向上尺寸在1-100nm 之间并具有特殊性能的材料，这大约相当于10~100个原子紧密排列在一起的尺度。
由于纳米材料至少在一维方向上为纳米尺度，所以纳米材料具有普通材料所不具背的性能，如表面效应、小体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等。
因此纳米TiO 2粉体具备许多特殊的功能比如性能稳定、无毒、光催化活性高、价格低廉、耐化学腐蚀性好，是良好的光催化剂、消毒剂杀菌剂。
•光催化作为一种新型环境净化技术引起人们越来越多的关注。
纳米TiO2以良好的性能稳定、效率高、无二次污染、成本低廉等优点，在光催化降解废水中的有机物方面具有广阔的应用。
面临的问题：催化的效率比较低,而且对太阳能的利用率比较低。
二：TiO简介21：TiO2特性纳米TiO2作为一种新型的功能材料，是目前应用最广泛的一种纳米材料。
纳米二氧化钛具有粒径小、吸收紫外光能力强以及良好的随角异色、光催化和抗菌杀毒等优点。
纳米TiO2晶体主要有锐钛型和金红石型两种晶型。
金红石型晶体则主要用于防紫外线、增强、增韧、降解有机污染物，是一种环保型产品；锐钛型晶体的主要作用有抗菌，分解有机物。
锐钛型纳米TiO2是一种新型抗菌剂，具有良好的杀菌效用、耐热性好、安全性能佳、持续性长、使用方便；在抗菌过程中可以生成具有很强化学活性的自由基，因此能有效地分解空气中多种有毒气体。
金红石型纳米TiO2具有高光催化活性，抗紫外线能力强等优点。
对长波区紫外线的阻隔以散射为主，对中波区紫外线的阻隔则以吸收为主。
2：TiO2的光催化机理当能量大于TiO2禁带宽度的光照射半导体时，光激发电子跃迁到导带，形成导带电子(矿)，同时在价带留下空穴(矿)。
由于半导体能带的不连续性，电子和空穴的寿命较长，它们能够在电场作用下或通过扩散的方式运动，与吸附在半导体催化剂粒子表面上的物质发生氧化还原反应，或者被表面晶格缺陷俘获。
纳米二氧化钛的制备及其应用研究进展
纳米二氧化钛的制备及其应用研究进展摘要：纳米二氧化钛作为一种重要的功能性材料，在光催化、电池、光电器件等领域具有广泛的应用潜力。
本文对纳米二氧化钛的制备方法进行了综述，并探讨了其在不同应用领域的研究进展。
主要包括溶胶-凝胶法、水热法、气相法等一系列制备方法及其优缺点，以及纳米二氧化钛在光催化、电池和光电器件等领域的应用前景。
最后，总结了现有研究中存在的问题，并展望了未来纳米二氧化钛在各个领域的发展趋势。
1. 引言纳米二氧化钛作为一种重要的半导体材料，因其独特的物理、化学性质而受到广泛关注。
其具有高比表面积、优异的光电催化性能、良好的化学稳定性、可控的光吸收能力等特点，使其在光催化、电池、光电器件等领域有着广泛的应用潜力。
在实际应用中，纳米二氧化钛的功能和性能往往与其结构和制备方法密切相关。
因此，研究纳米二氧化钛的制备方法及其应用是目前材料科学和化学领域的热点之一。
2. 纳米二氧化钛的制备方法2.1 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种常用的纳米二氧化钛制备方法。
该方法通过将金属前驱物溶解在有机或无机溶剂中，生成溶胶，然后通过控制溶胶的凝胶过程，形成纳米二氧化钛颗粒。
由于溶胶-凝胶法制备过程相对简单、可控性强，使得纳米二氧化钛的晶粒尺寸和形貌可以通过控制溶胶的成分、浓度、PH值等条件来调节。
然而，溶胶-凝胶法制备纳米二氧化钛的缺点是制备周期长，需要较高温度和长时间的热处理。
2.2 水热法水热法是一种采用高温高压水作为反应介质，将金属前体转化为纳米二氧化钛的制备方法。
水热法可以在相对较低的温度下制备出高度结晶的纳米二氧化钛颗粒，其晶形和晶面可通过调节反应温度和时间来控制。
由于水热法制备过程相对简单，且无需添加昂贵的添加剂，因此被广泛应用于纳米二氧化钛的制备。
2.3 气相法气相法是指将气体或气态前体转化为纳米二氧化钛的制备方法。
传统的气相法将有机金属化合物蒸汽通过热分解或水解，控制反应条件，形成纳米二氧化钛颗粒。
纳米N-TiO2的制备、表征及光催化性能研究
纳米N-TiO2的制备、表征及光催化性能研究王立艳;张晓佳;李嘉冰;肖姗姗;毕菲;赵丽;盖广清【摘要】硫酸氧钛水解制备纳米二氧化钛前驱体,再加入尿素为氮源,经高温焙烧制备了氮掺杂纳米二氧化钛(N-TiO2)光催化剂.利用X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、扫描电子显微镜(SEM)等手段对样品进行了表征.讨论了n(氮)/n(钛)、焙烧温度对纳米二氧化钛晶态结构、吸收光谱范围的影响,以罗丹明B为目标降解物,研究了样品在不同光源下的光催化活性.结果表明,样品均为锐钛矿型,粒径约为30～50 nm.氮掺杂使二氧化钛在可见光区吸收明显增加,当n(氮)/n(钛)为5、焙烧温度为600℃时,样品S600-5在可见光区吸收最强.以样品S600-5为催化剂,紫外光作用下,罗丹明B降解120 min时降解率达96.3％;可见光作用下,降解120 min时降解率达89.2％.【期刊名称】《无机盐工业》【年(卷),期】2018(050)010【总页数】5页(P82-86)【关键词】硫酸氧钛;氮掺杂纳米二氧化钛;尿素;可见光;光催化【作者】王立艳;张晓佳;李嘉冰;肖姗姗;毕菲;赵丽;盖广清【作者单位】吉林建筑大学材料科学与工程学院建筑节能技术工程实验室,吉林长春130118;吉林建筑大学材料科学与工程学院建筑节能技术工程实验室,吉林长春130118;吉林建筑大学材料科学与工程学院建筑节能技术工程实验室,吉林长春130118;吉林建筑大学材料科学与工程学院建筑节能技术工程实验室,吉林长春130118;吉林建筑大学材料科学与工程学院建筑节能技术工程实验室,吉林长春130118;吉林建筑大学材料科学与工程学院建筑节能技术工程实验室,吉林长春130118;吉林建筑大学材料科学与工程学院建筑节能技术工程实验室,吉林长春130118【正文语种】中文【中图分类】TQ134.11纳米二氧化钛由于其无毒、化学稳定性好、成本低等特性，在空气净化、涂料、污水处理等领域具有广泛的应用前景［1-4］。
纳米二氧化钛光催化氧化机理的研究进展
纳米二氧化钛光催化氧化机理的研究进展摘要：纳米二氧化钛作为一种重要的光催化剂，在降解污染物方面得到了广泛应用。
由于对二氧化钛进行改性可以有效地提高其光催化活性，使得对其改性也成为研究的热点.本文系统地阐述了纳米二氧化钛的光催化反应机理，光催化活性的影响因素，掺杂改性方法。
关键词：纳米二氧化钛；光催化氧化；催化技术改进能源枯竭、环境污染已成为人类急需解决的两大难题，研究开发经济有效、不污染环境的能源成为全球性的战略目标。
光催化技术作为太阳能的化学转化及储存以及在环境污染处理方面的应用正蓬勃发展起来。
在众多半导体光催化剂(TiO2、WO2、ZnS、SnO3、SrTiO3、ZnO等)中，TiO2以其化学稳定性高、耐光腐蚀且具有较大的禁带宽度(Eq=3.2 eV)，氧化还原电位高，光催化反应驱动力大，光催化活性高且无毒、低成本等优点，已成为目前光催化研究领域中最活跃的方向之一。
1、光催化反应机理半导体具有特殊的电子结构，价带充满、导带空闲和禁带较宽。
作为半导体材料如TiO2、ZnO等，其能带是不连续的，价带和导带之间存在一个禁带，其禁带宽度(带隙能，Eg)为数个电子伏特。
当用光子能量大于或等于禁带宽度的光照射半导体材料时，其价电子被激发，越过禁带进入导带，同时在价带上形成相应的空穴，即产生所谓电子一空穴对。
在光催化的过程中，空穴具有极强的获取电子的能力(TiO2价带上空穴氧化还原电位为＋2.7ev)，能将水中的OH－和H：O分子转化为氧化能力和反应活性极强的羟基自由基?OH，而吸附在TiO2，表面的物质或溶剂中的游离氧则俘获电子形成?O等活性极强的自由基，这些自由基都具有很强的化学活性，能与各种无机、有机污染物反应生成无毒无害的CO、HO和无机物等。
光激发产生的电子和空穴可经历多种变化途径，其中最主要的是捕获和复合两个相互竞争的过程对光催化反应来说，光生空穴的捕获并与给体或受体发生作用才是有效的，如果没有适当的电子或空穴捕获剂，分离的电子和空穴可在半导体粒子内部或表面复合并放出热能，选用适当的表面空位或捕获剂捕获空位或电子，可使复合过程受抑制，如果将有关电子受体或给体(捕获剂)预先吸附在催化剂表面，界面电子传递和被捕获过程就会更有效，更具有竞争力。
纳米二氧化钛的制备及其光催化活性的测试分析
第 页（共 页）课 程 ___________ 实验日期：年 月曰专业班号 _____ 别 ______________ 交报告日期： 年 月 日姓名__学号报告退发：（订正、重做）同组者 _____________ 次仁塔吉 __________ 教师审批签字：实验名称 _________________ 纳米二氧化钛粉的制备及其光催化活性的测试、实验目的1. 了解制备纳米材料的常用方法，测定晶体结构的方法。
2. 了解XRD 方法，了解X-射线衍射仪的使用，高温电炉的使用3. 了解光催化剂的（一种）评价方法、实验原理1.纳米TiO 2的制备① 纳米材料的定义：纳米材料指的是组成相或者晶相在任意一维度上尺寸小于 100nm 的材料。
纳米材料由于其组成粒子尺寸小， 有效表面积大，从而呈现出小尺寸效应， 表面与界面效应等。
② 纳米TiO 2的制备方法：溶胶凝胶法，水热法，火焰淬火掺杂法，阳极氧化法，电泳沉积 再阳极氧化法，高温雾化法，溅射法，光沉积法，共沉淀法。
本实验采取最基本的，利用金属醇盐水解的方法制备纳米 TiO 2，主要利用金属有机醇盐能溶于有机溶剂，且可以水解产生氢氧化物或氧化物沉淀。
该方法的优点：①粉体的纯度高，②可制备化学计量的复合金属氧化物粉末。
西安交通大学化学实验报告③制备原理：利用钛酸四丁酯的水解，反应方程如下Ti OC4H9 4 4出0 =Ti OH 4 4C4H9OHTi OH 4 Ti OC4H9 4=TiO2 4C4H9OHTi OH 4 Ti OH 4=TiO2 4H2O2. TiO 2的结构及表征我们通过实验得到的TiO 2是无定形的，二氧化钛通常有如下图上所示的三种晶状结构:A:板钛矿B:锐钛矿C:金红石无定形的TiO2在经过一定温度的热处理后，会向锐钛矿型转变，温度更高会变成金红石型。
我们可以通过X-射线衍射仪测定其晶体结构。
纳米TiO 2的景行对其催化活性影响较大，由于锐钛矿型TiO 2晶格中含有较多的缺陷和缺位，能产生较多的氧空位来捕获电子，所以具有较高的活性；而具有最稳定晶型结构的金红石型TiO2，晶化态较好，所以几乎没有光催化活性。
二氧化钛实验报告
二氧化钛的制备及其光催化活性的评价一、实验目的1、了解二氧化钛纳米颗粒的性质2、掌握TiO2的制备工艺及学习TiO2的活性检验方法3、培养自己设计实验分析实验结果的能力二、实验原理本实验纳米Ti02的合成是以钛醇盐Ti(OR)4(IP—C2H5，一C3H7，C4H9)为原料，其原理是：钛醇盐溶于溶剂中形成均相溶液，以保证钛醇盐的水解反应在分子均匀的水平上进行，由于钛醇盐在水中的溶解度不大，一般选用小分子醇(乙醇、丙醇、丁醇等)作为溶剂；钛醇盐与水发生水解反应，同时发生失水和失醇缩聚反应，生成物聚集形成溶胶；经陈化，溶胶形成三维网络而形成凝胶；干燥凝胶以除去残余水分、有机基团和有机溶剂，得到干凝胶；干凝胶研磨后煅烧，除去化学吸附的羟基和烷基团，以及物理吸附的有机溶剂和水，得到纳米Ti02粉体。
TiO2溶胶凝胶法的制备主要包括2个部分：水解缩合、凝结。
缩合是将溶质分子或离子缩合为大分子聚合物即胶粒的过程。
这些胶粒分散在介质中称为溶胶。
在一定条件下胶粒聚集、合并并转化成湿凝胶称为凝结。
在sol-gel过程中钛酸丁酯的水解——缩聚反应速度极快，会立即生成沉淀，影响TiO2的细化。
我们可以通过加入水解抑制剂、配置滴加液，并控制滴加速度等方法来抑制沉淀的产生，从而形成均匀稳定的溶胶。
在以乙醇为溶剂、钛酸四丁酯和水发生不同程度的水解反应，钛酸四丁酯在酸性条件下，在乙醇介质中水解反应是分步进行的。
水解产物为含钛离子溶胶：Ti（O-C4H9）4+4H2O==Ti（OH）4+4C4H9OHTi(OH)4+Ti(O-C4H9)4==2TiO2+4C4H9OHTi(OH)4+ Ti(OH)4==2TiO2 +4H2O根据Ti02能降解有机物的性质，二氧化钛催化亚甲基蓝降解，其降解速度与二氧化钛活性有关，可以通过测量单位时间内被降解的有机物浓度降低量来确定Ti02的活性，而有机物的浓度可以用分光光度计测的。
三、仪器与试剂试剂：钛酸丁酯（化学纯）、无水乙醇（分析纯）、95%乙醇（分析纯）、冰醋酸（化学纯）仪器：烧杯（250ml）、锥形瓶（250ml）、量筒（10ml、50ml）、电子天平、玻璃棒、磁力搅拌器、胶头滴管、水浴恒温箱、烘箱、坩埚、马弗炉、量杯、研砵、鼓泡机、太阳光模拟器、紫外光灯、分光光度计；四、实验步骤1 样品的制备(1) 取10 mL的钛酸丁酯加入到盛有35mL无水乙醇的小烧杯中，用磁力搅拌器搅拌10min，得到溶液A；(2) 将4mL冰醋酸和10ml去离子水加到35mL的无水乙醇中，剧烈搅拌，得到溶液B，滴入1—2滴盐酸，调节PH使其为2~3。
tio2纳米材料的制备与表征
tio2纳米材料的制备与表征制备和表征二氧化钛（TiO2）纳米材料是一项重要的科学任务，由于其广泛的应用领域，包括光催化、太阳能电池、光电器件、光致发光、药物载体和生物成像等。
下面将介绍一种常用的制备和表征TiO2纳米材料的方法。
制备目前，制备TiO2纳米材料的主要方法包括化学气相沉积（CVD）、溶胶-凝胶法、水热法、微波等离子体化学方法等。
这里我们以水热法为例。
水热法是一种在高温高压条件下，利用水作为溶剂，使原料在其中发生化学反应并形成结晶的方法。
制备TiO2纳米材料的水热法通常包括以下步骤：1.将一定量的钛酸丁酯（Ti(OC4H9)4）和适量的硝酸（HNO3）溶液混合，搅拌均匀。
2.将上述混合液转移到高压反应釜中，密封后置于烘箱中加热至指定温度（通常为150-250℃）。
3.在该温度下保持一定时间（例如1-10小时），使钛酸丁酯和硝酸发生水热反应，生成二氧化钛（TiO2）纳米颗粒。
4.待反应结束后，将反应釜自然冷却至室温，取出产物。
5.用去离子水冲洗产物，去除可能存在的杂质。
6.最后，将产物进行干燥，得到TiO2纳米材料。
表征为了确认制备得到的物质是否为TiO2纳米材料，以及其结构和形貌等性质，我们通常会使用一系列表征方法。
1.X射线衍射（XRD）：XRD可以用于确定材料的晶体结构和相组成。
通过对比标准PDF卡片，可以确认制备得到的物质是否为TiO2纳米材料。
2.扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）：SEM和TEM可以用于观察材料的形貌和尺寸。
通过这些方法，我们可以了解到制备得到的TiO2纳米材料的形状、大小以及分布情况。
3.光电子能谱（XPS）：XPS可以用于分析材料的化学组成和化学状态。
通过这种方法，我们可以确认制备得到的物质是否含有Ti、O元素，并得到它们的比例。
4.紫外-可见光谱（UV-Vis）：UV-Vis可以用于研究材料的电子结构和光学性质。
通过这种方法，我们可以得到制备得到的TiO2纳米材料的吸收边和带隙等信息。
纳米二氧化钛的制备及其光催化活性测试
纳米二氧化钛的制备及其光催化活性测试一、实验目的：① 了解纳米二氧化钛的粒性和物性。
② 研究二氧化钛光催化降解甲基橙和亚甲基蓝水溶液的过程和性质。
③ 了解光催化剂的一种评价方法。
二、实验原理：本实验采用金属醇盐水解法制备纳米二氧化钛，反应方程式有Ti(O-C 4H 9)4+4H 2OTi(OH)44C 4H 9OH+Ti(OH)4+Ti(O-C 4H 9)42TiO 2+4C 4H 9OH Ti(OH)4Ti(OH)4+2TiO 24H 2O+三、仪器及试剂试剂：钛酸正四丁脂，无水乙醇，盐酸，去离子水仪器：电热炉、恒温水浴箱、50mL 量筒和10 mL 量筒各一个、烧杯(100 mL)两个、玻璃棒、抽滤瓶、布氏漏斗、滤纸、PH 试纸。
四、实验步骤① 纳米TiO2的制备观察水解① 配置甲基橙溶液称取一定量甲基橙，加水溶解，移入250ml 容量瓶，定容。
② 光催化活性测试200ml 烧杯 加100ml 去离子水 500ml 烧杯 200ml 无水乙醇，10ml 钛酸四丁酯混合离心分离 一份500℃1h一份300℃1h一份常温1h计算降解率测吸光度离心取上清液取样每隔日光灯照射超声波分散份甲基橙不同温度分别加入−→−−→−−→−−→−−→−−−−−−−−→−10min 15min 42iO 0.15g T五、数据记录及处理 温度 光+100℃光+300℃TiO 2光+500℃TiO 2不加TiO2+光照暗+300℃ TiO 20min 0.678 0.678 0.678 0.678 1.034 10min 0.681 0.578 0.711 0.809 0.832 20min 0.680 0.348 0.449 0.929 30min 0.680 0.216 0.331对数据作图如下由以上得：500度光催化前 甲基橙溶液A=0.678 光催化30分钟后 甲基橙溶液A=0.331甲基橙的光降解率 W%=（0.678-0.331）/0.678×100%=51.2% 300度光催化前 甲基橙溶液A=0.678光催化30分钟后甲基橙溶液A=0.216甲基橙的光降解率W%=（0.678-0.216）/0.678×100%=68.1%100度光催化前后无大变化，降解率W%=0 无催化活性六、结果讨论①300度光催化活性最好，500度次之，100度几乎无光催化活性。
纳米二氧化钛膜催化剂的制备及其光催化活性的研究
纳米二氧化钛膜催化剂的制备及其光催化活性的研究近年来，纳米材料在环境污染治理以及能源转换方面发挥着重要作用，广泛应用于太阳能电池、氢能源存储和利用、污染物去除等领域。
其中，纳米二氧化钛是一种中等结构的金属氧化物，具有良好的结构稳定性、高吸附性能和优良的光催化活性，可以有效地改善空气质量。
因此，纳米二氧化钛膜催化剂的制备和光催化性质研究显得尤为重要。
首先，纳米二氧化钛膜催化剂的制备方法主要分为水热法、化学气相沉积（CVD）法和物理气相沉积（PVD）法。
水热法是目前最为常用的一种制备方法，它可以利用氯化钛和氨水反应合成纳米二氧化钛微粒。
采用水热法可以获得的纳米二氧化钛具有很好的晶格结构稳定性，并且表面比较洁净，不需要进行复杂的表面改性处理。
但是水热法有几个缺点，如需要较长的反应时间，组成不同晶型的纳米二氧化钛难以得到，控制结构和大小也不太容易。
CVD法是建立在布拉格反射原理的基础上的一种微纳米催化剂的制备方法，这种方法可以直接控制纳米粒子的大小，但这种方法有时也会不稳定，得到的粒子大小可能与预期的大小不同。
PVD法是一种用于制备各种纳米粒子的常用方法，它可以将分子直接沉积在特定表面，受到温度和气压等多种条件的影响，它可以准确控制粒子表面接受物质的样式和数量以及粒子之间的空隙。
但PVD法得到的粒子比较小，大小一般不超过几纳米，且悬浮特性差，不容易得到较平整的膜。
综上所述，纳米二氧化钛膜催化剂的制备可以通过多种方法实现，水热法、CVD法和PVD法都可以获得好的结果。
而由于纳米二氧化钛具有优良的光催化活性，因此，对其光催化性能的研究也非常重要。
如今，科学家们已经研究出了几种纳米二氧化钛膜的光催化性能，其中主要有：用于制备可见光催化剂的多孔结构、用于可见光/紫外光催化剂的功能改性表面、用于制备染料敏化剂的金属有机框架（MOF）等。
这些催化剂可以有效地减少有毒有害物质，如VOCs和NOX等。
多孔结构是改善纳米二氧化钛光催化性能的一种方法，例如，研究人员利用水热法在二氧化钛上制备多孔层状结构，这种多孔层状催化剂具有很大的表面积，可以有效地提高光催化活性。
纳米二氧化钛的制备与光催化性能研究毕业论文
毕业设计（论文）纳米二氧化钛的制备与光催化性能研究1 绪论二氧化钛，化学式为TiO2，俗称钛白粉，多用于光触媒、化妆品，能靠紫外线消毒及杀菌，现正广泛开发，将来有机会成为新工业。
二氧化钛可由金红石用酸分解提取，或由四氯化钛分解得到。
二氧化钛性质稳定，大量用作油漆中的白色颜料，它具有良好的遮盖能力，和铅白相似，但不像铅白会变黑[1]；它又具有锌白一样的持久性。
二氧化钛还用作搪瓷的消光剂，可以产生一种很光亮的、硬而耐酸的搪瓷釉罩面。
在过去的研究中，用半导体粉末对水、油和空气中的有毒有机化合物进行光催化降解和完全矿化引起了人们的大量关注。
由于抗光腐蚀性，化学稳定性，成本低，无毒和强氧化性，二氧化钛被作为应用最广泛的光催化剂来光降解水和空气中的有毒化合物。
但是二氧化钛具有较大的带隙（锐钛矿相二氧化钛为3.20ev）因此，只有较小一段太阳光区域，大约为2%~3%紫外光区可被应用[2]。
人们尝试用各种制备方法，如贵金属掺杂、氧化物复合、表面修饰等等方法，防止和减少电子与空穴的复合，提高催化剂的光催化活性。
众所周知，吸附和催化的效率与固体的孔径及表面积有关，因此，对二氧化钛进行修饰、改性及增大比表面积是提高光量子效率和增大反应速率的一个有效的方法与途径。
1.1 TiO2的结构与基本性质1.1.1物理常数及结构特征表1 TiO的物理常数1.1.2 TiO2的结构特征在自然界中，TiO2存在三种晶型结构，即金红石、锐钛矿和板钛矿。
这些结构的区别取决于TiO68-八面体的连接方式，图1-1是TiO68-八面体的两种连接方式，锐钛矿结构是由TiO68-八面体共边组成，而金红石和板钛矿结构则是由TiO68-八面体共顶点且共边组成。
锐钛矿TiO2中的每个八面体与周围8个八面体相连，金红石TiO2中每个八面体与周围10个八面体相连。
事实上锐钛矿可以看做是一种四面体结构，而金红石和板钛矿则是晶格稍有畸变的八面体结构[3]。
简单地认为锐钛矿比金红石活性高是不严谨的，它们的活性受其晶化过程的一些因素影响。
二氧化钛制备、表面特性及光催化的研究
二氧化钛 （ ｉ： ＴＯ ）在玻璃上的粘 附性主要取决于金属醇化物溶液中的有关金属离子与玻璃表面
基 团 间的 反应 结 合 ， 基 片 的洁 净 程度 是 影 响 成膜 质 量 的重 要 因 素之 一 。
收 稿 日期 ： ０ ９一 ｌ — ３ ２０ ２ ０
陈 舰 陈伟 峰
（ 莞理工学 院 化学与环境 工程学 院，广 东东莞 ，５ ３ ０ ） 东 ２ ８ ８
摘 要 ：以纳米 二 氧化 钛 薄膜 为研 究对 象 ，用两种 不同 的方案制 备 出不 同的样 品 ，用原 子力显微 镜分
别对样品表面微观形貌的直观 的三维结构信息，及样品表 面在纳米尺度上表现 出来的物理、化学性质 ，
载ＴＯ性能的影响，从醇体系中挑选出最佳的溶胶与水体系的溶胶进行光催化等方面 的性能比较 。 ｉ：
１ 纳米二氧化 钛薄膜 的制 备
１１ 实验 仪器 和 试 剂 ．
１１１ 实验 仪 器 ．．
ＡＪＩ ａ 原 子 力显 微 镜 （ 海 爱建 纳 米科 技 发展 有 限公 司 ） ；３ ０ 红外 光 谱 仪 （ 国Ｎｉｏｅ公 ．ｌ 型 ｉ 上 ６型 美 ｃｌｔ 司 ） ； ＵＶ．２ ０ 外 可 见分 光 光 度 计 （ １４ 紫 日本 岛淖 公司 ）。
作者简 介 ： 陈舰 （ ９ ５ ），男，四川 自贡人 。副教授 ，主要从事无机材料和环境污染治理研制 备 、表 面特 性 及 光 催 化 的 研 究
７ ７
１ ２ 纳 米二 氧化 钛 薄膜 的 制 备方 法 ． １２ １ 溶胶 一 。． 凝胶 法 制备 纳 米 二 氧 化 钛薄 膜 的基 本原 理 （ ）溶 剂化 ；能 电离 的前 驱物 ——金属 盐 的金 属 阳 离子Ｍ 收 水 分 子形 成 溶 剂 单 元 （ Ｈ２ 一 １ 吸 Ｍ（ ０））
纳米二氧化钛的制备及光催化
纳米二氧化钛的制备及光催化引言：纳米二氧化钛是一种新型的光催化无机功能材料，由于其粒径在1~ 100 nm 之间, 具有粒径小、比表面积大表面活性高、分散性好等特点, 表现出独特的物理化学性质。
它具有良好的透明性，紫外线吸收性及熔点低、磁性强、热导性强、高效、无毒、成本低和不造成二次污染等优点等奇异特性；还具有良好的抗菌作用，使用过程中不会发生自身损耗，而且资源丰富，价格低廉，因此在光催化降解废水中的有机物、涂料、精细陶瓷、塑料、催化剂、及化妆品等方面应用广泛，成为新型功能材料研究的热点之一。
1.纳米TiO2的制备纳米TiO2的制备方法有很多, 归纳起来主要有固相法、气相法和液相法等其中气相法又包括化学气相沉积法和化学气相水解法等; 液相法包括溶胶凝胶法、胶溶法、醇盐水解法、沉淀法、水热合成法等。
(1).化学气相沉积法(CVD)CVD法是利用挥发性金属化合物的蒸汽通过化学反应生成所需化合物。
它包括单一化合物的热分解, 也包括通过两种以上物质之间的气相反应制备超细粉。
该方法制备的超细粉纯度高,分散性好,粒度分布窄, 除能制备氧化物外, 还能制备碳化物、氮化物等非氧化物超细粉。
Leszek W.achow ski等人利用CVD 法在含碳材料表面制得TiO2。
李文漪利用化学气相沉积法水解四异丙醇钛(TTIP)制备TiO2薄膜, 并研究了制备过程中水解TTIP的反应动力学。
该工艺的优点是自动化程度高, 可以制备出粒径小、粒径尺寸均匀的优质粉体。
(2).化学气相水解法化学气相水解法按照所用原料的不同可分为:TiCL4氢氧火焰水解法和钛醇盐气相水解法。
TiCL4氢氧火焰水解法的基本原理是将TiCL4气体导入高温的氢氧火焰中(700~1000e)进行气相水解,其基本化学反应式为:TiCL4(g)+2H2(g)+O2(g)=TiO2+4HCL(g)钛醇盐气相水解法是通过醇盐水解、均相成核与生长等过程在液相中生成沉淀产物,再经过液固分离、干燥和煅烧等工序,制备TiO2粉体。
纳米结构二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能
纳米结构二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能纳米结构二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能引言纳米材料具有特殊的物理、化学和光电性能，在能源转换、环境修复、光催化等领域具有广泛应用前景。
作为一种重要的半导体材料，二氧化钛（TiO2）因其稳定性、低毒性以及良好的光催化和光电性能而备受关注。
随着纳米技术的快速发展，人们能够制备出具有不同结构、形貌和尺寸的纳米二氧化钛材料。
本文将重点介绍纳米结构二氧化钛的可控制备方法，并探讨其光催化和光电性能。
一、纳米结构二氧化钛的可控制备方法纳米结构二氧化钛的可控制备方法种类繁多，本文将介绍几种常见的方法。
1. 溶胶凝胶法溶胶凝胶法是一种简单、经济且可大规模制备纳米二氧化钛的方法。
其基本步骤包括溶胶的制备、凝胶的形成和热处理。
通过调控溶胶成分、溶胶浓度、溶胶pH值和凝胶成核温度等参数，可以得到具有不同形貌和尺寸的纳米二氧化钛。
2. 水热法水热法是一种在高温和高压条件下进行合成的方法，对于制备纳米结构二氧化钛具有较高的控制性。
通过调控反应温度、反应时间和反应物浓度等参数，可以得到具有不同晶相、形貌和尺寸的纳米二氧化钛。
3. 气相沉积法气相沉积法是一种在惰性气氛中利用热分解或氧化反应制备纳米二氧化钛的方法。
通过调控反应温度、反应时间和沉积条件等参数，可以得到具有均匀形貌和尺寸的纳米二氧化钛。
二、纳米结构二氧化钛的光催化性能纳米结构二氧化钛的光催化性能是其在环境修复、水分解、有机污染物降解等领域应用的重要基础。
其良好的光催化性能主要归功于其特殊的能带结构和表面特性。
1. 能带结构纳米二氧化钛由于其小尺寸效应，其能带结构发生改变。
此时，纳米二氧化钛的带隙增大，能够吸收较小能量的可见光。
这使得纳米二氧化钛能够利用可见光进行光催化反应，提高光催化效率。
2. 表面特性纳米二氧化钛的表面具有较大的比表面积，有利于光吸收和反应物与表面的相互作用。
此外，纳米二氧化钛表面还可通过调控表面态密度、引入杂质和修饰等方式改变其光催化性能。
纳米二氧化钛的改性及光催化氧化烷烃研究
纳米二氧化钛的改性及光催化氧化烷烃研究
纳米二氧化钛的改性及光催化氧化烷烃研究
摘要：催化剂的表面结构是影响催化反应的重要因素之一.利用原位红外(In-situ FT-IR)、X射线衍射(XRD)和紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)等现代物理技术考察了热处理改性对纳米TiO2的表面结构、晶相结构、粒子大小、比表面积和吸光性能的影响,采用In-situ FT-IR光谱着重研究了纳米TiO2催化剂上环己烷光催化降解机制及催化剂的结构特性与催化反应之间的相关性.研究表明,400 ℃条件下热处理纳米TiO2具有最佳光催化活性,适宜的表面结构、晶相结构、吸光能力及晶化度是纳米TiO2光催化剂高催化活性的'主要原因.借助In-situ FT-IR 光谱,观察到环己烷氧化的主要产物是CO2和H2O,同时捕捉到了中间产物CO以及乙酸,提出了环己烷光催化降解的可能机理.作者：马佳彬李新勇曲振平邹龙江陈永英Ma Jiabin Li Xinyong Qu Zhenping Zou Longjiang Chen Yongying 作者单位：大连理工大学环境学院,工业生态与环境工程教育部重点实验室,辽宁,大连,116024 期刊：环境污染与防治ISTICPKU Journal：ENVIRONMENTAL POLLUTION & CONTROL 年，卷(期)：2007, 29(1) 分类号：X7 关键词：纳米TiO2 光催化环己烷原位红外机理。
纳米二氧化钛的制备及性质实验
（2）光降解实验
标准曲线的制作：
（1）最大吸收波长
取0.005g/100mL的溶液于比色皿中，以蒸馏水为参比，从500nm-700nm范围内每隔50nm，测吸光度，在最大吸收波长周围以10nm为间隔重新扫描，寻找最大吸收波长。
液，最后直接加热，仍然会生成溶胶，只不过由于受热不均匀，水解速率不一而出现了大量气孔。这说明转速和滴速对溶胶的生成影响很小，加入适当试剂使钛酸正丁酯缓慢水解才是至关重要的。
2.亚甲基蓝的催化光解
得此浓度亚甲基蓝最大吸收波长为615nm,并制作标准曲线:
质量浓度mg/L
1
2
3
4
5
吸光度
0.056
0.145
五、实验仪器
量筒、烧杯、磁力搅拌器、电子天平、电热炉、马弗炉、移液枪、离心机、分光光度计等
六、实验过程
实验开始的第一天，早上八点左右进入实验室，取完所需要的实验器材，我便开始了实验。首先我严格按照上述所设计的流程配置了A液，A液在完全无水（除空气中的水汽外）的情况下配置，为淡黄色液体，未见浑浊。然后我配置了B液，与设计不同的是，调节酸性时，我认为盐酸与硫酸对于实验没有太大区别，于是选用6mol/L的硫酸调节B液pH小于3，最后待A、B液搅拌均匀后，在室温水浴下，我缓慢的将A液滴加入B液，一开始剂量比较小，混合液依然澄清，但刚刚滴加两试管后，混合液便出现白色浑浊，表明钛酸正丁酯已然水解成了颗粒较大的乳浊液，实验失败。于是我开始思考，到底是哪出了问题？滴加速率过快吗？还是搅拌不均匀？于是我又做了一次尝试，这次我加大了转速，放慢了滴加速率，但不幸的是，得到的结果还是失败的。到了下午，在老师的提醒下，我意识到，问题可能出在调节B液pH所用的酸上，硫酸根的作用可能对Ti(OR)4的水解产生了影响。于是我改用了浓盐酸进行调节，其余流程不变，终于得到了凝胶。历经一整天时间，失败了两次，我最终将凝胶制备了出来，坚持取得了胜利。之后，我将凝胶放置在电热炉里，让其烘干12小时以上。
纳米二氧化钛表面改性及其光催化性能研究
纳米二氧化钛表面改性及其光催化性能研究刘标;高延敏;高洋;周建军;梁宁【摘要】Surface modification of nanosized titanium dioxide with silane coupling reagent (KH570) to improve its dispersion property and surface regularity was studied.The prepared samples were character-ized by FT-IR,SEM,UV-Vis techniques.The results showed that KH570 was grafted on the nano titanium dioxide to form an organic inclusion layer,and effectively prevented the aggregation of nanoparticles,and the surface morphology was greatly improved.The particle size is about 100 nm,and band gap is reduced from 3.18 eV to 2.92 eV.The photocatalytic degradation of methyl orange by the surface modified and unmodified nano titanium dioxide was studied.The photodegradation efficiency curves at different time were drawn according to the working curve of standard methyl orange and absorbance.The results showed that modified nano titanium dioxide has higher photocatalytic degradation rate,at the same time,it also has obvious adsorption rate.%利用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)对纳米二氧化钛表面进行改性,提高其分散性能及表面规整性.采用傅里叶红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见光谱仪(UV-Vis)分析手段对改性后的二氧化钛进行表征,结果表明:KH570成功接枝在纳米二氧化钛周围形成有机包裹层,并且有效防止纳米粒子间的团聚,表面形貌得到极大改善,粒径在100 nm左右,禁带宽度由原来的3.18 eV降到2.92 eV.将用硅烷偶联剂KH570进行表面改性的和未进行改性的纳米二氧化钛用在光催化降解甲基橙溶液实验中,根据甲基橙标准工作曲线和吸光度绘制不同时间的光降解效率曲线,实验结果表明:改性纳米二氧化钛具有更强的光催化降解率和明显的吸附速率.【期刊名称】《沈阳化工大学学报》【年(卷),期】2017(031)003【总页数】5页(P218-222)【关键词】纳米二氧化钛;硅烷偶联剂KH570;表面改性;分散性;光催化降解【作者】刘标;高延敏;高洋;周建军;梁宁【作者单位】江苏科技大学材料科学与工程学院,江苏镇江212003;江苏科技大学材料科学与工程学院,江苏镇江212003;江苏科技大学材料科学与工程学院,江苏镇江212003;江苏科技大学材料科学与工程学院,江苏镇江212003;江苏科技大学材料科学与工程学院,江苏镇江212003【正文语种】中文【中图分类】O647.2纳米二氧化钛具有化学稳定性强、光催化活性高、无毒易得等优点，被广泛应用于感光材料、光催化剂、化妆品、涂料、塑料、化纤、橡胶等领域，但纳米级别的二氧化钛在光降解中存在的主要问题是团聚现象比较严重，对光利用效率较低[1-5]. 目前防止纳米二氧化钛团聚主要以无机表面处理来实现，经过无机表面处理后，表面呈亲水性，适合于极性体系中使用，但如果加入非极性体系中，则难以分散，不能体现纳米二氧化钛的特殊功能，为改善纳米二氧化钛在有机体系的相容性和分散性，还必须对其进行有机表面处理，因此，通过有机表面处理纳米二氧化钛非常有必要[6].利用脂肪酸或表面活性剂对纳米二氧化钛表面改性的比较多，相对来说用硅烷偶联剂改性的较少，通过理论推测硅烷偶联剂具有进行表面接枝的能力[7-11].KH570是一种重要的硅烷偶联剂，本文以无机填料钛白粉为研究对象，在无水乙醇中超声波分散，利用KH570水解产物硅醇中的有机官能团取代纳米二氧化钛粒子表面的亲水基—OH，并在其表面形成一层有机包覆层实现表面有机化改性，分析表面改性机理.在光利用方面，目前研究主要集中在对降解材料种类的选择[12].纳米二氧化钛是一种重要的光催化材料，对光催化降解偶氮类有机污染物具有较高的效率[13]，但纳米二氧化钛只对占自然光约2 %的紫外线具有很好的吸收效果，因此，充分利用自然光应是重点考虑的问题.吸附对偶氮类有机污染物的光催化降解也具有非常重要的影响，因此，提高纳米二氧化钛的吸附能力也十分必要.偶氮类污染物中甲基橙是一种较难降解的有色化合物，在酸性和碱性条件下分别为偶氮和醌式结构,是多种染料化合物的主体结构[14].本文目的之一是使用有机硅氧烷改性纳米二氧化钛以改善其表面特性，另一个目的是研究纳米二氧化钛的表面改性对光吸收波段的影响，以及对甲基橙溶液的吸附速率和光催化效率的影响.1.1 实验材料与仪器设备实验材料：P-25二氧化钛，上海海逸科贸有限公司，分析纯；硅烷偶联剂KH570，南京能德化工，分析纯；甲基橙，天津市科密欧化学试剂公司，分析纯；无水乙醇，上海中试化工总公司，分析纯；去离子水，自制.仪器设备：红外光谱仪，FT-5200，美国DIGILAB公司；扫描电镜，JSM-6480，日本电子公司(JEOL)；紫外-可见光谱仪，UV-3010，日本Hitachi公司；紫外-可见近红外分光光度计，U-4100，日本日立公司；台式离心机，800(D)，金坛市白塔金昌实验仪器厂；电热恒温鼓风干燥箱，DHG-9123A，上海精宏实验设备有限公司；数控超声波清洗器，KQ-100DE，昆山超声仪器有限公司；真空干燥箱，DZF-6050，上海新苗医疗器械制造有限公司；恒温磁力搅拌器，HJ-3，江苏金坛市医疗仪器厂；电子天平，FA2004N，江苏金坛市医疗仪器厂.1.2 二氧化钛表面改性将二氧化钛粉末置于120 ℃真空干燥箱烘干2 h，放入无水乙醇溶液中，超声波分散30 min，得到分散的二氧化钛.将硅烷偶联剂(KH570)溶解于去离子水中，水解30 min，得到水解的偶联剂.将分散的二氧化钛和水解的偶联剂混合，在70 ℃环境下搅拌2 h，抽滤，然后在110 ℃烘干2 h，得到改性的二氧化钛，最后进行各项检测.检测内容包括：红外分析，扫描电镜分析，UV-Vis吸收光谱分析.1.3 改性二氧化钛对甲基橙溶液的吸附取50 mL质量浓度为20 mg/L的甲基橙溶液，加入TiO2超声波分散30 min，将此溶液放入如图1所示的光催化反应装置中，通入空气，置于暗室，以120r/min恒温搅拌，每隔20 min取样一次，体积为4 mL，离心旋转后取上层清液，用分光光度计测滤液吸光度.甲基橙溶液质量浓度在0～20 mg/L时,溶液吸光度与质量浓度有很好的线性关系，因此，可以作为甲基橙标准工作曲线[15-18].根据甲基橙标准工作曲线查出吸光度下对应的质量浓度ρt，得到质量浓度随吸附时间的变化关系，当质量浓度不再变化时，吸附达到平衡.吸附率由如下公式计算：w=×100 %其中：w为t时刻甲基橙溶液的吸附率( %)；ρ0为甲基橙溶液的初始质量浓度(mg/L)；ρt为t时刻甲基橙吸附后溶液的质量浓度(mg/L).1.4 改性二氧化钛对甲基橙溶液的光催化降解每隔2 mg/L分别配制质量浓度为0～20 mg/L的甲基橙溶液10组，每组溶液均在甲基橙最大吸收波长(464 nm)处用紫外-可见光分光光度计测其吸光度，用得到的数据绘制出甲基橙标准工作曲线，此曲线中甲基橙的质量浓度和吸光度有很明显的线性关系.配制质量浓度为20 mg/L的甲基橙溶液，取50 mL加入TiO2，超声波震荡30 min，将其放入图1所示的光催化反应装置中.先在避光条件下连续通入空气并搅拌使溶液颜色至不变，即二氧化钛吸附达到饱和，然后打开高压汞灯(紫外灯)开始进行降解试验.每0.5 h取样4 mL(取样时暂时关闭光源)，用离心机进行分离，取上层清液并用紫外-可见光分光光度计检测波长为460 nm处的吸光度，记录时间为0～180 min.根据不同时间得到的吸光度对照甲基橙标准工作曲线得到甲基橙的质量浓度ρ2，根据以下公式可以算出其降解率，绘制出不同时间下的甲基橙降解曲线.η=×100 %其中：η为甲基橙溶液降解率；ρ1为吸附饱和时甲基橙溶液质量浓度(mg/L)；ρ2为某时刻甲基橙溶液的质量浓度(mg/L).2.1 二氧化钛表面改性分析2.1.1 二氧化钛表面改性的红外光谱二氧化钛的红外光谱如图2所示，曲线a、b分别为改性TiO2和未改性TiO2的红外光谱图.从图2中可以看出：两条谱图在800～ 500 cm-1处都出现较宽的吸收峰，为Ti—O的特征吸收峰.未改性的TiO2在1 628 cm-1附近有吸收峰，为TiO2表面O—H的弯曲振动峰，在改性后的TiO2图上此峰消失.改性TiO2在1 711 cm-1处出现了羰基的吸收峰，1 103 cm-1处出现Si—O的振动峰，并且在2 924 cm-1和2 852 cm-1处新增甲基和亚甲基的吸收峰，在3 040～3 010 cm-1处没有出现偶联剂KH570的碳碳双键峰，说明偶联剂KH570成功水解并缩聚包覆在TiO2纳米粒子的表面2.1.2 二氧化钛表面改性扫描电镜分析二氧化钛扫描电镜图如图3所示，图3(a)显示出未改性的纳米二氧化钛很容易发生团聚现象，其粒径非常大，不能充分分散，最终导致其性能不能很好发挥.图3(b)是经过硅烷偶联剂KH570改性过的纳米二氧化钛的扫描电镜图，从图3(b)中可以发现：改性过后的二氧化钛分散性能得到明显提高，并且颗粒比较均匀，尺寸约100 nm，可以保证光电性能在尺寸上对二氧化钛的要求，为接下来的光催化实验提供保证.2.1.3 二氧化钛表面改性的UV-Vis吸收光谱分析图4为改性前后纳米二氧化钛的紫外-可见光吸收光谱.从图4中可以看出：改性后的二氧化钛的吸收光谱较未改性的二氧化钛产生明显的红移现象，这将导致材料光电性能的改变.通过切线法可以计算出改性前后二氧化钛的光激发波长，a曲线对应410 nm，b曲线对应390 nm，根据λ0=1240/Eg可以得出改性前后二氧化钛的禁带宽度，a曲线为3.18 eV，b曲线为2.92 eV，说明当二氧化钛分散性提高、粒径减小、形貌规整、比表面积增大时有利于半导体电子注入传输，进而提高了二氧化钛光电性能.2.2 二氧化钛表面改性对甲基橙溶液光催化降解的影响2.2.1 二氧化钛表面改性对甲基橙溶液吸附的影响二氧化钛对甲基橙溶液的降解是先进行吸附再降解，吸附对降解的速率和效率也能产生影响，对此影响的表征如图5所示，从图5中可以看到：改性后的二氧化钛的吸附率明显大于未改性的二氧化钛.这是由于KH570增强了二氧化钛的分散能力，并使其粒径变小，比表面积增大，因此，吸附能力必然增强.2.2.2 二氧化钛表面改性对催化甲基橙降解的影响图6中明显看出：改性二氧化钛和未改性二氧化钛催化甲基橙溶液的降解率有很大差别，随着反应时间的延长，未改性二氧化钛催化率没有很明显的提升，而改性的二氧化钛对甲基橙溶液的降解率保持在较高的水平，说明其降解甲基橙溶液的能力更强，改性提高了二氧化钛的光催化性能.未改性的二氧化钛团聚较严重，只有粒子达到微米尺寸才具有高效的光催化活性，才有实际应用价值.(1) 利用硅烷偶联剂KH570进行纳米二氧化钛表面改性，此种方法能够有效减少纳米二氧化钛团聚现象的发生，能提高二氧化钛的分散性能，使二氧化钛粒径均一性提高、表面形貌有效改善，增加比表面积，提高光电性能.(2) 利用KH570表面改性的二氧化钛可以增强其吸附性能，并且有效提高其对甲基橙溶液等偶氮类有机污染物的光催化降解速率.(3) 纳米二氧化钛廉价易得、无毒、稳定性好，降低了光催化成本和减少了环境污染；其改性之后性能更加突出，且其表现出较好的光电性能，为后续与半导体的掺杂提供新的思路.Key words: nanosized titanium dioxide; silane coupling agent KH-570; surface modification; dispersion; photocatalytic degradation【相关文献】[1] 何丽红,周超,李力,等.硅烷偶联剂表面改性二氧化钛粒子超疏水性能[J].精细化工,2014,31(9):1061-1064.[2] 郭璐瑶,陈玉洪,黄涛,等.纳米TiO2的硅烷偶联剂表面接枝改性[J].印染,2015，41(4):6-11.[3] 徐惠,孙涛.硅烷偶联剂对纳米TiO2表面改性的研究[J].涂料工业,2008,38(4):1-3.[4] 宋梅.球形二氧化钛制备及包覆研究[D].重庆:重庆大学,2014:2-11.[5] REN J,SONG S,LOPEZ-VALDIVIESO A L,et al.Dispersion of Silica Fines in Water-ethanol Suspensions[J].Journal of Colloid and Interface Science,2001，238(2):279-284.[6] 姚超,高国生,林西平,等.硅烷偶联剂对纳米二氧化钛表面改性的研究[J].无机材料学报,2006,21(2):315-321.[7] LEE J,CHOI W,YOON J.Photocatalytic Degradation of N-nitrosodimethylamine:Mechanism,Product Distribution,and TiO2 SurfaceModification[J].Environmental Science and Technology,2005,39(17):6800-6807.[8] 王钦清.二氧化钛改性及其性能研究[D].无锡:江南大学,2010:1-5.[9] 郝春静,湛含辉,王晓.硅烷偶联剂链长对纳米TiO2表面改性的影响[J].表面技术,2013,42(2):10-13.[10] 刘春玲,严芬英,赵春英.硅烷偶联剂对纳米TiO2表面改性研究[J].电镀与精饰,2014,36(6):29-31.[11] 李菲,屈贞财,肖根生.偶联剂改性纳米二氧化钛的分散性研究[J].郑州牧业工程高等专科学校学报,2014,34(3):8-10.[12] 杨平,霍瑞亭.偶联剂改性对纳米二氧化钛光催化活性的影响[J].硅酸盐学报,2013,41(3):409-415.[13] 严新,吴俊,陈华,等.TiO2光催化降解甲基橙废水性能研究[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2011,34(3):429-432.[14] 邓芳.TiO2基光催化剂的制备与污染物降解的研究[D].南昌:南昌大学,2011:5-8.[15] 吕忆民,李梦晴,吕崔华.二氧化钛光降解甲基橙的实验研究[J].教育教学论坛,2014(37):231-232.[16] SUN L Z,BOLTON J R.Determination of the Quantum Yield for the Photochemical Generation of Hydroxyl Radicals in TiO2 Suspensions[J].Journal of Physical Chemistry,1996,100(10):4127-4134.[17] FUJISHIMA A,RAO T N,TRYK D A.Titanium Dioxide Photocatalysis[J].Journal of Photochemistry and Photobiology C:Photochemistry Reviews,2000,1(1):1-21.[18] LI S X,ZHENG F Y,CAI W L,et al.Surface Modification of Nanometer Size TiO2,with Salicylic Acid for Photocatalytic Degradation of 4-nitrophenol[J].Journal of Hazardous Materials,2006,135(1/3):431-436.Abstract: Surface modification of nanosized titanium dioxide with silane coupling reagent (KH570) to improve its dispersion property and surface regularity was studied.The prepared samples were characterized by FT-IR,SEM,UV-Vis techniques.The results showed that KH570 was grafted on the nano titanium dioxide to form an organic inclusion layer,and effectively prevented the aggregation of nanoparticles,and the surface morphology was greatly improved.The particle size is about 100 nm,and band gap is reduced from 3.18 eV to 2.92 eV.The photocatalytic degradation of methyl orange by the surface modified and unmodified nano titanium dioxide was studied.The photodegradation efficiency curves at different time were drawn according to the working curve of standard methyl orange and absorbance.The results showed that modified nano titanium dioxide has higher photocatalytic degradation rate,at the same time,it also has obvious adsorption rate.。
二氧化钛纳米材料的制备、改性及光催化性能研究
摘要二氧化钛纳米材料的制备、改性及光催化性能研究摘要随着人们生活水平的不断提高，越来越多的产品来自于石油、煤炭和天然气等不可再生的自然资源。
同时，产品在原材料的提取、运输和转化过程中都有可能给环境带来负面效应。
因此，环境污染和能源短缺现象成为人类目前应对的世界性难题。
半导体光催化技术在环境修复领域的作为不容忽视，已被证明是降解水体和大气环境中有害污染物的有效途径。
在解决能源危机方面，通过光分解水制氢、太阳能电池等方式实现了可再生能源的高效利用。
二氧化钛因其高稳定性，无毒性且低成本被认为是非常理想的光催化半导体材料。
光催化剂的表面积是决定污染物吸附量的重要因素，直接影响其光催化活性的强弱。
由于二氧化钛纳米材料的高表面能使得纳米粒子间倾向于聚集以达到体系的平衡状态，导致纳米粉体的团聚现象严重，无法获得较大的活性表面积。
因此，本文采用表面活性剂作为分散剂，并优化制备工艺进行改性，以获得均一分散的二氧化钛纳米体系是十分必要的。
主要研究内容如下：（1）综合溶胶-凝胶法和溶剂热法的制备优势，本论文采用溶胶-溶剂热改进工艺进行实验分析。
以钛酸丁酯为钛源，无水乙醇为溶剂，浓硝酸为抑制剂，按照n(Ti(OR)4):n(C2H5OH):n(H+):n(H2O)=1:15:0.35:4的反应物配比，制备纳米级二氧化钛材料。
（2）通过单因素实验与正交实验相结合的方式，以样品对甲基橙的光催化降解率为分析依据，探究溶剂热温度、溶剂热时间、煅烧温度和煅烧时间对于二氧化钛光催化活性的影响。
正交实验的结果表明，最佳工艺参数是：当溶剂热温度为150℃，溶剂热时间为24h，煅烧温度为450℃，煅烧时间为4h时，样品的光催化降解率最高，为82.88%。
同时XRD、SEM、TEM和EDS的图像表明，样品为结晶度良好的单一锐钛矿相，无任何杂质，但分散性一般。
（3）在最佳工艺参数的基础上，通过控制表面活性剂的种类和含量的不同，探究不同类型表面活性剂的最佳投料比，从而确定用于二氧化钛纳米粉体改性的最佳分散剂，并通过XRD、SEM、TEM和EDS等技术对样品进行表征。
纳米二氧化钛的制备
纳米二氧化钛的制备及其光催化活性评价一、实验目的3、了解纳米半导体材料的性质。
4、了解纳米半导体光催化的原理。
二、实验原理二氧化钛，化学式为，俗称钛白粉。
多用于光触媒、化装品，能靠紫外线消毒及杀菌。
以纳米级为代表的具有光催化功能的光半导体材料，因其颗粒细小、比外表积大而具有常规材料所不具备的优点，以及较高的光催化活性、高效的光点转化性能等，在抗菌除雾、空气净化、废水处理、化学合成及燃料敏化太阳能电池等方面显出广阔的应用前景。
1、纳米二氧化钛的制备溶胶凝胶法中，反响物为水、钛酸四丁酯，分相介质为乙醇，冰醋酸可调节体系的酸度防止钛离子水解过度，使钛酸四丁酯在无水乙醇中水解生成，脱水后即可得到。
在后续的热处理过程中，只要控制适当的温度条件和反响时间，就可以得到二氧化钛。
在以乙醇为溶剂，钛酸四丁酯和水发生不同程度的水解反响，钛酸四丁酯在酸性条件下，在乙醇介质中水解反响是分步进行的。
一般认为，在含钛离子溶液中钛离子通常与其它离子相互作用形成复杂的网状基团。
上述溶胶体系静置一段时间后，由于发生胶凝作用，最后形成稳定的凝胶。
此过程中涉及的反响为：2、光催化活性评价光触媒在光照条件下〔可以是不同波长的光照)所起到的催化作用的化学反响，通称为光反响。
光催化一般是多种相态之间的催化反响。
本次试验是进行紫外光催化活性评价，分别通过测量在亚甲基蓝和甲基橙中，反响前后的溶液的吸光度的变化算出降解率来评价制备的二氧化钛的活性。
三、实验仪器与试剂仪器：磁力搅拌器，搅拌磁子，水浴锅，PH试纸，胶头滴管，量筒，玻璃棒，烧杯，坩埚，石棉网，电炉，真空枯燥箱，量杯，充气管，自制紫外灯光催化装置，离心机。
试剂：亚甲基蓝，甲基橙，盐酸，冰醋酸，钛酸丁酯，四氯化钛，硫酸氧钛，纳米二氧化钛，无水乙醇。
四、实验步骤〔1〕二氧化钛的制备1、室温下取10ml钛酸丁酯，缓慢滴入到35ml无水乙醇中，用磁力搅拌器强力搅拌10min，混合均匀，形成黄色澄清溶液A。
高活性纳米二氧化钛可见光催化剂的制备及其光催化-ResearchGate
1 TiO2具有较宽的禁带宽度，氧化能力强 生物、化学、光化学，稳定性好 2 生物、化学、光化学，稳定性好 3 3 无毒、价廉、环境友好，能利用太阳能
光催化还原
主要 问题
光谱响应范围窄， 太阳能利用率低；
光生载流子容易复合， 量子效率低
直接制约了其大规模实际应用
研究内容
基于以上问题，采用多相掺杂、复合方法，结合纳微结构制 备技术，设计构建了一系列高性能、高效率的光催化剂。 主要研究内容如下：
sample
TiO2 Pd1.5-TiO2 Zn5-TiO2 Pd1.5/Zn5TiO2 O1s lattice O2− 529.9 529.9 530.1 530.1 Ti2p Ti2p3/2 458.7 458.7 458.9 458.9 Ti2p1/2 464.4 464.4 464.6 464.6 Cl2p Cl2p3/2 198.2 198.2 199.0 198.7 Cl2p1/2 199.6 199.8 200.6 200.1 Zn2p Zn2p3/2 1022.1 1022.0 Zn2p1/2 1045.2 1045.0 Pd3d Pd3d7/2 336.8 336.8 Pd3d5/2 342.1 342.1
sample
XRD结果表明：掺杂的Pd和Zn均存在于TiO2表面
XPS分析
Pd1.5/Zn5-TiO2
TiO2
Pd1.5-TiO2
Zn5-TiO2
Zn5-TiO2
Pd1.5/Zn5-TiO2
1010 1020 1030 1040 1050 1060
B.E.(eV)
194
196
198
200
202
204
表2.1 TiO2、Pd1.5-TiO2、Zn5-TiO2 和Pd1.5/Zn5-TiO2 样品 光催化还原CO2的活性
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
纳米二氧化钛上光还原沉积铜制备、表征及其光催化活性*摘要：采用高压汞灯作光源，用光还原法将铜沉积到纳米TiO2粉末中，制备改性二氧化钛光催化剂，同时利用改性后的TiO2粉末光催化降解亚甲基蓝染料以验证其光催化活性。
X射线衍射表明纯TiO2和沉积铜后的TiO2粉末均为纯锐钛矿型，晶粒直径分别为19.1nm和19.4nm。
由于铜沉积量很小，透射电镜照片显示TiO2沉积铜前后的颗粒形状和粒径均很相似。
紫外-可见吸收光谱分析证实沉积铜可增强TiO2在可见光区域的吸收能力，导致产生更多的电子-空穴对，从而提高了TiO2的活性。
本实验探讨了各种制备条件，确定了1000mL 溶液中TiO2粉末的最佳煅烧温度为670℃、最佳粉末用量为0.75g以及改性TiO2的最佳铜沉积量为0.16%、最佳光还原时间为40min、最佳捕获剂甲醇用量为1mL和铜沉积后最佳处理温度为65℃。
关键词：TiO；沉积铜；亚甲基蓝；光催化降解前言近年来光催化技术用于环境污染治理、消毒杀菌的研究发展异常迅速，半导体多相光催化是近20多年来发展起来的新兴研究领域，因反应体系在光照射下能使通常情况下难以实现的反映在相对温和的条件下顺利进行而受到广泛重视。
目前广泛研究的二氧化钛半导体材料，因其化学性质稳定、难溶、无毒、成本低而受到广泛的关注[1]。
但TiO2的带隙较宽（3.0 ～ 3.2eV）,光响应范围较窄，难以有效利用太阳光。
TiO2只有在λ<387nm的紫外光辐射激发下，价带子才能跃迁到导带上，形成光生电子和空穴对，光生空穴能使H2O分子氧化，生成氧化能力很强的·OH自由基；光生电子能够使吸附在TiO2上的O2还原生成O2-，最终也可形成·OH自由基。
水溶液中的有机物可无选择性地被·OH 氧化分解达到消除污染的目的。
为此，我们采用钛酸四丁酯水解法制备了超细的TiO2粉末，但光催化反应速率不高，为了适应光催化技术发展的需要，有必要提高光催化和TiO2的利用率。
光催化降解反应速率的一个主要控制步骤是光生载流子的复合，故需要对TiO2进行改性以减小光生载流子的复合几率从而提高光催化剂的活性[2]。
目前主要采用的方法有贵金属沉积 [3]、过渡金属掺杂[4]、染料敏化[5]及复合半导体[6]。
本实验采用CuSO2溶液光还原把铜沉积到TiO2粉末中的方法，对TiO2进行改性，同时利用改性后的TiO2粉末光催化降解亚甲基蓝染料以验证其光催化活性。
1 实验部分1.1 仪器北京亚明光电源发展公司生产的125w高压汞灯。
北京第二光学仪器厂WFX-1B型原子吸收光度计。
采用日本理学D/MAX—IIIA型X—射线衍射仪作XRD分析，确定粒子的晶型及计算平均晶粒直径。
采用日本SHIMADZU公司的UV—2501PC紫外—可见分光光度计测试样品的紫外—可见反射率光谱。
采用日本电子JEOL—100CXII型透射电镜作TEM分析，观察催化剂颗粒的形貌，并测量平均颗粒直径。
上海精密磁仪器有限公司的721型分光光度计。
1.2 实验材料亚甲基蓝即C.I.碱性染料，能显出美丽的蓝色，且坚牢度好；用于丝、毛、棉织品、纸张等的染色，医药上用作解毒剂，防腐剂等。
分子式为：1.3 TiO2的制备取150mL 无水乙醇倒进一个干燥洁净的1000mL 烧杯中，缓慢加入30mL 钛酸四丁酯，用JB-3型定时恒温磁力搅拌器搅拌均匀后，搅拌下快速加入180mL 去离子水，搅拌1h ，静置一天后在烘箱中于65℃烘干，用玛瑙研钵研磨。
在一定温度下煅烧得到TiO 2粉末。
1.4 TiO2的改性称取2g TiO 2加入盛有400mL 去离子水的φ75mm ×210mm 的标本瓶中，加0.25mol/L CuSO 4溶液若干毫升和空穴捕获剂甲醇若干毫升，用JB-3型定时恒温磁力搅拌器搅拌，以125w 自镇流高压汞灯（北京亚明）作为光源，光还原一定时间后，抽滤，滤渣在烘箱于65℃下烘干，用玛瑙研钵研磨成粉末状；滤液用原子吸收光度计测定铜含量，差减法确定粉末中铜的沉积量。
1.5光催化活性验证以125w 自镇流高压汞灯（北京亚明）作为光源。
在反应器（φ75mm ×210mm ）中加入400mL 10ppm 的亚甲基蓝溶液，再加入TiO 2粉末后，充空气搅拌15min ，取样，同时将高压汞灯预热20min 。
然后进行光催化降解，每隔5min 取一次样。
样品离心沉降后取上层清液通过测定反应液的吸光度来确定TiO 2及改性TiO 2对亚甲基蓝溶液的降解效果。
采用721型分光光度计在亚甲基蓝的最大吸收峰处（664nm ）测定样品的吸光度，以lnc 0/c 对t 作图，直线的斜率即为光催化降解亚甲基蓝的一级反应的速率常数。
2 结果与讨论2.1 光催化剂的表征2.1.1 XRD 分析TiO 2及0.16%铜沉积TiO 2的XRD 谱如图1所示。
由图1可知，TiO 2及0.16%铜沉积TiO 2的结构相同，都是锐钛矿型结构，也就是说改性以后，晶型没发生变化。
而且由于沉积量小，它们的晶粒直径分别为19.1nm 和19.4nm ，基本上没变。
a- TiO 2 b- 0.16%铜沉积TiO 2图1 TiO 2及0.16%铜沉积TiO 2的XRD 谱Fig.1 XRD patterns of TiO 2 and 0.16% copper-deposited TiO 22.1.2 TEM 和粒径分析 203040506005001000(b)203040506005001000(a)图2为TiO 2和0.16%铜沉积量的TEM 照片，铜沉积前后颗粒形状没发生变化。
且纯TiO 2和0.16%铜沉积TiO 2的平均颗粒半径相近（纯TiO 2为19.8nm ，0.16%铜沉积TiO 2为19.9nm ），可能是铜的沉积量很少，故平均颗粒半径很相近。
2.1.3 紫外-可见吸收光谱分析紫外-可见吸收光谱可以表征催化剂的光吸收能力[7]。
样品对光的反射率越大，其对光的吸收率越小，反之反射率越小，其对光的吸收率越大。
从图3所示的不同铜沉积量的紫外-可见吸收光谱图可知，沉积铜后对可见光的反射率最小，其中0.16%铜沉积量TiO 2对光的反射率最小，即其对光的吸收率最大，光激发形成的光生电子和空穴最多。
TiO 2改性的一个主要目的是提高其对可见光的吸收能力。
1- TiO 2 2-0.08% 3-0.16% 4-0.24%图3 不同铜沉积量的反射率光谱图Fig.3 The spectrogram of reflectivity of TiO 2 deposited with different amount of copper2.2 TiO 2的光催化活性2.2.1煅烧温度对TiO 2的光催化活性的影响取一定量无定形TiO 2粉末分别用马福炉在650℃、670℃和700℃下煅烧1小时后，用玛瑙研钵研磨。
称0.3g TiO 2进行光催化降解实验，用721型分光光度计在亚甲基蓝的最大吸收峰处（664nm ）测定样品的吸光度，以lnc 0/c 对t 作图得到图4，一级动力学常数见表1。
1-650℃ 2-670℃ 3-700℃图4 不同煅烧温度对TiO 2光催化活性的影响 2503003504004505005506000204060801004321R /%Wavelength/nmFig.4 The effect of different calcination temperature on the photocatalytic activity ofTiO2表1 不同煅烧温度TiO2的一级动力学常数Table 1 The first-order kinetics constants of TiO2 calcined at different temperatures由表1可见，670℃煅烧得到的TiO2粉末降解的一级动力学反应速率常数最大，证明其光催化活性最佳。
煅烧温度太低，无定形TiO2尚未完全转化为锐钛矿，但煅烧温度太高，锐钛矿进一步转化为金红石，而金红石的光催化活性比锐钛矿低[8]。
所以670℃为最佳煅烧温度，以后实验用的TiO2粉末均在此温度下煅烧制得。
2.2.2 光催化剂用量对TiO2的光催化活性的影响分别取670℃下煅烧的TiO2粉末0.2g、0.3g和0.36g进行光催化降解实验，用721型分光光度计在亚甲基蓝的最大吸收峰处（664nm）测定样品的吸光度，以lnc0/c对t作图得到图5，相应的一级动力学常数如表2所示。
1-0.2g 2-0.3g 3-0.36g图5 不同光催化剂用量对光催化活性的影响Fig.5 The effect of the amount of TiO2 on the photocatalytic activity of TiO2表2 不同光催化剂用量的一级动力学常数2表2表明随着催化剂用量的增加，亚甲基蓝的降解反应速率常数增大，0.3gTiO2粉末降解亚甲基蓝的一级动力学反应速率常数最大，其光催化活性最佳。
但随着催化剂用量的进一步增加，催化活性反而降低，这是因为随着反应液中悬浮颗粒增加到一定程度，TiO2颗粒对光的遮蔽作用，使催化剂对光的利用率降低所致。
所以TiO2最佳用量为0.3g，以后的光催化降解实验中TiO2粉末用量均为0.3g。
2.3 铜沉积TiO2的光催化活性。