TiO2表面致密包覆SiO2膜研究

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金红石型TiO2_的氧化硅膜包覆及其动力学研究

表面技术第53卷第8期金红石型TiO2的氧化硅膜包覆及其动力学研究张成1，周春勇2，何俊2，陈葵1*（1.华东理工大学化工学院，上海 200237；2.龙佰四川钛业有限公司，四川德阳 618209）摘要：目的研究以液相沉淀法制备硅包膜钛白粉（SiO2@TiO2）及氧化硅在TiO2粒子表面的沉积成膜过程动力学，从而指导钛白粉表面改性工艺的优化。

方法以硅酸钠为包膜剂在TiO2表面包覆氧化硅膜层，通过比表面积、Zeta电位、SEM和酸溶率分析，研究包膜温度、包膜pH、熟化时间等工艺条件对SiO2@TiO2膜层结构的影响。

采用动力学模型对氧化硅在TiO2粒子表面的反应成膜过程进行计算拟合。

结果在包膜温度368 K、包膜pH=9.0以及反应熟化时间180 min时，获得的SiO2@TiO2氧化硅膜层致密性好，酸溶率稳定在14%的较低水平，比表面积保持在10.58 m2/g，等电点维持在2.34。

氧化硅在TiO2粒子表面的成核点形成阶段的活化能为16.31 kJ/mol，生长成膜阶段的活化能为25.80 kJ/mol。

结论提高反应温度、在弱碱性条件下、延长熟化时间可使制备的SiO2@TiO2膜层致密性提高；SiO2@TiO2的比表面积、等电点与反映SiO2@TiO2膜层致密程度的酸溶率具有高度的相关性；氧化硅膜层在TiO2表面的包覆过程分为成核点形成以及氧化硅沉积成膜两个阶段，均符合三级反应动力学特征。

关键词：氧化硅；二氧化钛；膜层包覆；致密性；反应动力学中图分类号：TG174 文献标志码：A 文章编号：1001-3660(2024)08-0210-10DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.08.020Coating Process and Kinetics of Rutile TiO2 with Silicon Oxide FilmZHANG Cheng1, ZHOU Chunyong2, HE Jun2, CHEN Kui1*(1. School of Chemical Engineering, East China University of Science and Technology, Shanghai 200237, China;2. Longbai Group Co., Ltd., Sichuan Deyang 618209, China)ABSTRACT: In order to guide the optimization of the surface modification process of titanium dioxide, the work aims to study the preparation of silicon coated titanium dioxide (SiO2@TiO2) by liquid phase precipitation method and the deposition kinetics of silicon oxide film on the surface of sulfuric acid method titanium dioxide particles. The surface of TiO2 was coated with a silicon oxide film with sodium silicate as the coating reagent. To characterize the structure of SiO2@TiO2, the morphology of SiO2@TiO2 particles was observed by scanning electron microscopy, the specific surface area was measured by a specific surface area analyzer, and the isoelectric point was detected by Zeta potential analyzer. During the experiment, a single variable收稿日期：2023-03-26；修订日期：2023-08-25Received：2023-03-26；Revised：2023-08-25引文格式：张成, 周春勇, 何俊, 等. 金红石型TiO2的氧化硅膜包覆及其动力学研究[J]. 表面技术, 2024, 53(8): 210-219.ZHANG Cheng, ZHOU Chunyong, HE Jun, et al. Coating Process and Kinetics of Rutile TiO2 with Silicon Oxide Film[J]. Surface Technology, 2024, 53(8): 210-219.*通信作者（Corresponding author）第53卷第8期张成，等：金红石型TiO2的氧化硅膜包覆及其动力学研究·211·method was used to study the effects of process parameters (coating temperature, coating pH and aging time) on the structure of titanium dioxide film. Under the optimal process conditions, the silicon oxide film forming process and reaction kinetic fitting analysis were conducted. The mass concentration of silicate ions at different reaction temperature was measured by XRF, the surface silicon content of TiO2 during the reaction was calculated, and the film forming process of silicon oxide was divided into two stages according to its concentration change trend. In the first stage, the heterogeneous nucleation of silicon oxide was produced by sodium silicate on the surface of titanium dioxide particles, forming nucleation points. In the second stage, silicon oxide molecules were deposited around the nucleation point to form a dense and uniform surface film layer. The reaction kinetics model was used to fit the two reaction stages. Firstly, the first-order to third-order reaction was used to fit the change trend of the silicate mass of TiO2 particles, then the reaction rate constant was calculated by the fitted kinetic model, and finally the activation energy of the reaction was calculated by the Arrhenius equation. The experimental results showed that the SiO2@TiO2 prepared under the conditions of coating temperature of 368 K, reaction pH of 9, and maturation time of 180 minutes had excellent compactness with the specific surface area of 10.58 m2/g, the isoelectric point of 2.34, and the acid solubility of 14%. The results of experiment indicate that higher reaction temperature, weaker alkalinity and longer aging time can improve the compactness of silicon film of SiO2@TiO2. The variation of specific surface area and isoelectric point is highly correlated with the acid solubility of SiO2@TiO2. Therefore, these three indexes can be used together to characterize the density of silicon film. The deposition process of silicon oxide on the surface of titanium dioxide conforms to the characteristics of three-order reaction kinetics. The reaction activation energy in the first stage is 16.31 kJ/mol, and 25.80 kJ/mol in the second stage.KEY WORDS: silicon oxide; titanium dioxide; film coating; compactness; reaction kinetics钛白粉（Titanium Dioxide，TiO2）由于其物理化学性质稳定、遮盖力及白度高等优点，被广泛应用于塑料、油墨、涂料及化妆品等行业[1-2]。

TiO2颗粒表面包覆机理的研究进展

，．
践，取得了良好效果。本文主要就ＴｉＯ表面无机处理即无机包覆和有机处理的机理概况作一综述。１Ｔｉｏ的表面性质１．１表面超亲水Ｉ生目前的研究认为，在光照条件下，ＴｉＯ：表面的超亲水性起因于其表面结构的变化：在紫外光照射下，ＴｉＯ价带电子被激发到导带，电子和空穴向ＴｉＯ表面迁移，在表面生成电子空穴对，电子与Ｔｉ反应，空穴则与表面桥离子反应，分别形成正三价钛离子和氧空位。此时，空
聃论云
民营科技２０１７年第５期
ＴｉＯ２颗粒表面包覆机理的研究进展
杜凤
（辽宁石化职业技术学院，辽宁锦州１２１０００）摘要：从ＴｉＯ：的表面性质出发，阐述了进行表面包覆的基础条件；进而从表面处理的作用、分类、机理等方面综述了ＴｉＯ颗粒无机包覆和有机包覆的研究进展，着重阐述了ＴｉＯ包硅包铝及有机包覆机理。关键词：二氧化钛；无机包覆；有机包覆；作用机理回顾历史，２Ｏ世纪８０年代前后，国际市场的ＴｉＯ颜料的产品牌２．２表面处理分类无机表面处理方法一般多采用中和法，即在一定温度下在浆液号总数曾多达６００余个，每个大型生产商均能提供分门别类的适用不同领域的产品牌号，这在当时是一种潮流、方向和需求－１］，但随着经中加入酸ｌ生（或碱性）包膜剂，再以碱（或酸）中和，使包膜处理剂沉淀济形势的发展，发现牌号众多并不总是优点，因为在给用户更多选择在ＴｉＯ：粒子表面上的方法。有机表面处理剂的加人方式，通常都在无机表面处理后加人。一种是湿法加人，即在水洗、过滤后干燥前，滤饼机会的同时，也是用户感到无从着手选择和仓储繁琐，也会引起配方两次加水制成浆料加人。该法适用于包硅膜量较大，采用喷雾干燥的复杂化等问题。而且近几年，ＴｉＯ颜料的最大应用领域一涂料工业的发展趋势之一是配方统一化，用户不愿意因不同品牌ＴｉＯ产品间存在工艺。另一种是干法加入，即在钛白粉气流粉碎时加入。操作时有机分性能差异而修改自己的工艺配方，希望在生产配方中使用性能上无多散剂的水溶液可从气流粉碎机加料口喷人或在气流粉碎机出口喷人。大差异的多功能型ＴｉＯ颜料，从而使自己的涂料产品质量能全面优表面处理方法见图１。化和稳定日。从之前的数百种牌号到现今百余种的ＴｉＯ品种，这些有机包膜ｌ牌号的主要开发途径是什么呢？答案只有—个：表面处理。表面处理决厂包膜剂．｛定产品的使用性能和使用范围，表面处理技术是国内外生产商非常重视并大力进行研发的课题。一些重要的技术成果已应用于生产实表面处理工艺ＪＬ无机包膜广与气相氧化同步进行

二氧化钛的表面处理

二氧化钛的表面处理0 前言二氧化钛(俗称钛白粉)广泛应用于涂料、油漆、塑料、造纸、化妆品及医药工业中。

其中，涂料和油漆领域所占比重最大。

尽管在过去30年间，涂料和油漆消耗的二氧化钛量在总消耗量中的份额，由60％~62％下降到55％一58％，这主要是由于塑料制品等工业领域中二氧化钛用量增长更迅速。

为适应市场需求，钛白工业试图开发有尽可能多的适合各种用途的标准钛白。

但是，这必然会在开发阶段产生一个问题，即决定以什么性能作为主导的问题：是以光学性能为主导，还是光泽促进性为主导，还是以分散性或耐候性为主导的问题。

开发新一代通用型钛白的目的，就是将钛白优异的光学性能、高光泽和很好的分散性、耐候性在一种钛白产品中表现出来，使旧有的标准钛白升格为真正的多用途钛白，大量减少供应商库存积压，是一项具有相当意义的挑战。

二氧化钛颜料在白色颜料中的折光指数是最高的，具有优异的光散射能力、高消色力和遮盖力等性能。

钛白粉分为金红石型和锐钛型两种晶型，其主要区别在于晶格结构、折光指数、密度和对UV光的稳定性。

金红石型钛白粉的折光指数、稳定性、耐光性和遮盖性等均优于锐钛型，它在分散体系(聚合物)中的光散射性比锐钛型高20％左右。

但是二氧化钛也存在着与生俱来的缺陷，其中最突出的是光化学活性。

二氧化钛在有水分的情况下经目光照射(主要是近紫外光谱域)，其晶格上的氧离子会失去两个电子变为氧原子，这种新生态氧具有极强的活性，造成涂膜中的有机物质氧化，使高分子有机物逐渐发生断链、降解，最终使涂膜粉化、失光、泛黄、变色，导致耐候性降低。

其次，无论是通过硫酸法的水解和煅烧工艺还是氯化法气相氧化工艺生产出来的二氧化钛都存在着一些品格缺陷，即肖特基缺陷，其粒子表面上存存着许多光活化点，在一些微量杂质如10-6～10-3的Fe、Cr、V等存在的情况下，会加速其光化学反应，从而引发自由基键反应破坏涂膜等有机介质。

另外，二氧化钛本质上是亲水憎油性物质，表面带负电荷，在有机介质中的分散性很差，会使涂料产生浮色、发花、絮凝和沉淀，这就给它在漆料中的应用造成很大困难。

二氧化钛颜料表面包覆及光活性评价研究进展

2017年第36卷第12期 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS·4613·化工进展二氧化钛颜料表面包覆及光活性评价研究进展李家其1，周硕林1，2，徐琼2，钟文周2，刘贤响2，尹笃林2（1长沙师范学院初等教育系，湖南长沙 410100；2石化新材料与资源精细利用国家地方联合工程实验室，湖南师范大学化学化工学院，湖南长沙 410081）摘要：二氧化钛是目前应用最为广泛的白色颜料，但由于其在紫外光照下表现出光催化活性，造成与之接触的有机基质出现龟裂、失色和粉化等现象，严重影响了涂层及复合材料的使用寿命，也限制了二氧化钛的应用范围，研究二氧化钛表面包覆及光活性评价对相关产业发展具有重要的意义。

本文综述了近年来国内外二氧化钛表面包覆方法，主要包括无机包覆和有机包覆，详细介绍了二氧化钛颜料光活性评价方法的探索，并对上述评价方法的优缺点进行了简要对比，指出在二氧化钛表面实现可控、高效、针对性的包覆及建立可靠、适用、快速的光活性评价方法是二氧化钛颜料领域的主要研究方向。

关键词：二氧化钛；颜料；光活性；降解；包覆；评价中图分类号：O612.4 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2017）12–4613–09 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1547Research progress on the surface coating and photo-activity evaluation oftitanium dioxide pigmentLI Jiaqi 1，ZHOU Shuolin 1，2，XU Qiong 2，ZHONG Wenzhou 2，LIU Xianxiang 2，YIN Dulin 2（1Junior Education Department ，Changsha Normal University ，Changsha 410100，Hunan ，China ；2National & LocalJoint Engineering Laboratory for New Petro-chemical Materials and Fine Utilization of Resources ，College of Chemistry and Chemical Engineering ，Hunan Normal University ，Changsha 410081，Hunan ，China ）Abstract: Titanium dioxide （TiO 2）is an important white pigment ，which is widely used in paint ，plastic ，paper and rubber industries. However ，TiO 2 is able to catalyze the degradation of organic matrix under UV light ，which causes unfavorable results in properties ，such as discoloration ，cracking ，and chalking. This photo-catalytic behavior seriously limits the utilization of titanium dioxide in organic coatings. Hence ，the surface coating and photo-activtiy evaluation of TiO 2 is necessary and important. In this paper ，surface treatment of inorganic or organic on TiO 2 was reviewed. In detail ，the evaluation methods of photo-activity of titanium dioxide pigment were also introduced ，and the advantages and disadvantages of the methods were summarized. The realization of the controllable ，efficient and targeted coating on TiO 2 surface ，and the development of the reliable ，applicable and rapid method to assess the photo-activity of TiO 2 pigment will be main research directions in this field. Key words ：titanium dioxide ；pigment ；photo-activity ；degradation ；coating ；evaluation二氧化钛（TiO 2）是最重要的白色颜料，广泛应用于涂料、油墨、造纸、塑料与合成纤维等领域[1]。

TiO2颗粒表面包覆SiO2纳米膜及其表征

摘要：ｉ。作为一种重要的催化剂，石油化工方面有重要的应用，别是煤基合成油和超深度脱硫中的优越性受ＴＯ在特到注目。同时ＴＯ还是重要的白色颜料，了提高ＴＯ的应用性能，ＴＯｉ２为ｉ：对ｉ颗粒进行了ＳＯ纳米膜的表面包覆改ｉ。性。采用精确控制ｐ值的连续法在ＴＯＨｉ颗粒表面包覆了ＳＯｉ的纳米层，进行了ＴＭ、ＲＥＥＳＸＳＩＰ和并ＥＨＴＭ、Ｄ、Ｐ、Ｃ光学性质表征。证明了ＳＯ在ＴＯ颗粒表面形成了一层连续的纳米膜，度大约为３５— ．ｍ，ｉ２凝胶纳米膜ｉ２ｉ２厚．４０ｎＳＯ
Ｖｏ＿０Ｎｏ３ｌ３．
Ｊｎ２０ｕபைடு நூலகம் ０８
文章编号：００— ６４２０）３— ｌ３— ３１０２３（０８００】０
ＴＯｉ２颗粒表面包覆ＳＯｉ２纳米膜及其表征
何文森朱嘉林罗浩文，，
（电子科技大学：．ａ物理电子学院，．ｂ应用数学学院，四川成都６０５）１０４
中图分类号：Ｅ５Ｔ６
文献标识码：Ａ
ＤＩ０３６／，ｓ，００— ６４２０．３０９Ｏ：１．８３ｊｉｎ１０２３．０８０．２ｓ
包膜，白度、候性和光泽度等光学性质有明显的其耐ＴＯｉ作为一种重要的催化剂，在石油化工方面有提高。这种表面处理后的ＴＯｉ可以作为一种催化剂重要的应用，特别是煤基合成油和超深度脱硫中的优用于煤基合成油和超深度脱硫中。越性受到注目，目前石油催化的研究热点之一。同是时ＴＯ是重要的白色颜料，有优异的遮盖能力和ｉ具白度，广泛应用于涂料、塑料、造纸、胶、维、墨、橡纤油化妆品中。ＴＯ颗粒的表面性质对于其在不同介１１试剂ｉ．质中的分散Ｊ耐侯性和化学稳定性有着至关重要的ｊ生、ＴＯｉ粉末（红石型产品，ｉ质量分数为金ＴＯ影响，近而影响其光学性能，而且ＴＯｉ具有光催化活９．％，９５平均直径３０ｌ，ａＳＯ（２ｍ）Ｎｉ分析纯，国医ｑ中性，曝露在阳光中会催化其周围的有机树脂降解，其药集团上海化学试剂公司）。氧化作用使涂料的耐侯性、光泽度下降。因此有必要１２样品制备．首先将ＴＯ本身稳定化，ＴＯｉ在ｉ颗粒表面和有机树１２１ＴＯ．．ｉ颗粒表面包膜ＳＯｉ纳米膜的制备脂之间形成一道屏蔽膜，免催化有机树脂降解。目避在含ＴＯｉ水浆液中，加入分散剂（ａＯ），ＮＰ然前的方法有无机包膜处理和有机处理。无机包膜处后调节浆液为碱性，速分散。在剧烈搅拌下升温高理主要有钛、、、锆硅铝氧化物或水合氧化物ｌｊ２。包到６ ℃ ，节浆液至合适的ｐ值，流加入Ｏ调Ｈ恒膜的组成和质量直接影响到ＴＯｉ的各项应用性能指Ｎ２ｉ３液（ＳＯ）ｍ（ｉ２ａＳＯ溶ｍ（ｉ２：ＴＯ）：００）老化一．３，标，因此对ＴＯ包膜的研究有重要意义。ＳＯ包定时间，化、滤、ｉｉ熟过水洗、燥即得ＳＯ干ｉ凝胶纳米膜ＴＯ颗粒后，ｉ对其消色力等光学性质有所提高，而膜包覆的ＴＯ样品。ｉ，

超细TiO2颗粒表面包覆CeO2膜的研究

第!期 "##$ 年 %# 月文章编号： %##;:="%; （"##$ ） #!:##;;:#;
微细加工技术 &’()*+,-)’(,.’*/ .0(1/*2*34
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膜的研究
" 邹建新% ，高仕忠% ，，杨9 成%
关9 键9 词：超细二氧化钛；氧化铈膜；光催化活性； ! 电位；包覆中图分类号： .H$"%9 9 9 文献标识码： ,
!" 引言
金红石 .?*" 较锐钛型 .?*" 具有更高的耐候性和耐光性，但金红石 .?*" 表面仍然存在光活性缺陷，对超细金红石 .?*" 进行表面处理，即在颗粒表层均匀包覆一层氧化物膜，可以有效降低二氧化钛的光化学活性，有利于进一步提高二氧化钛的分散性、耐候性、耐光性和抗粉化性等。用于超细二氧化钛表面包覆的氧化物通常有 ,I" *; ， J?*" ， (@*" 和 KL*" 等，近年来有人对 ,I" *; 和 J?*" 包膜进行过研究，而 (@*" 的包膜研究国内暂未见报道
元素未包膜包覆量 $+ 包覆量 "- !+ 包覆量 "- "1+ )* "% $"- ,! /- #1 #- ,/ &’ !,- ./ !- !$ !- 2# ,- !! (
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明分散体中大部分 )*(! 被 &’(! 表面吸附形成了氧化

有机颜料的表面纳米包覆改性及其在涂料中的应用研究

有机颜料的表面纳米包覆改性及其在涂料中的应用研究一、本文概述随着科学技术的不断发展，有机颜料作为涂料工业的重要组成部分，其性能的提升和改性一直是研究的热点。

其中，表面纳米包覆技术作为一种新兴的改性方法，近年来受到了广泛关注。

该技术通过在有机颜料表面引入纳米级别的无机材料，形成一层或多层包覆层，从而改变颜料的表面性质，提高其稳定性、分散性、耐候性和耐腐蚀性等。

本文旨在探讨有机颜料的表面纳米包覆改性技术及其在涂料中的应用，分析改性前后的颜料性能变化，为涂料工业的发展提供理论支持和实践指导。

文章将首先介绍有机颜料的基本性质和应用现状，阐述表面纳米包覆改性的基本原理和方法。

接着，通过具体的实验研究和数据分析，探讨不同纳米包覆材料对有机颜料性能的影响，以及纳米包覆层在涂料中的稳定性和分散性。

在此基础上，文章还将对表面纳米包覆改性后的有机颜料在涂料中的应用进行深入研究，评估其在不同涂料体系中的表现，为实际生产中的应用提供指导。

本文旨在全面系统地研究有机颜料的表面纳米包覆改性技术及其在涂料中的应用，为提升涂料性能和拓展有机颜料的应用领域提供新的思路和方法。

二、有机颜料表面纳米包覆改性的原理与方法有机颜料的表面纳米包覆改性是一种通过物理或化学方法在颜料表面形成一层纳米级的包覆层，以改善其性能并扩大其应用范围的技术。

其原理主要基于纳米包覆层对有机颜料表面的覆盖和保护，以及由此产生的表面效应和界面性质的改变。

纳米包覆改性的原理主要包括两个方面：一是纳米颗粒对有机颜料表面的覆盖和包裹，形成一层阻隔层，保护颜料免受外界环境的侵害；二是纳米颗粒与有机颜料表面之间的相互作用，如化学键合、物理吸附等，从而改变颜料的表面性质，如润湿性、分散性、光稳定性等。

物理法主要包括机械混合法、超声波法、球磨法等。

这些方法主要通过物理作用力将纳米颗粒与有机颜料混合在一起，形成包覆层。

这种方法操作简单，但包覆效果往往不够理想，纳米颗粒与颜料之间的结合力较弱。

TiO_2_SiO_2薄膜的光催化活性和超亲水性能

T iO2-SiO2薄膜的光催化活性和超亲水性能Ξ于向阳ΞΞ程继健(华东理工大学无机材料研究所,上海　200237)摘要:采用溶胶凝胶法在普通玻璃表面制备了均匀的T iO-SiO2光催化薄膜,并研究了SiO2含2量对T iO2光催化性能和超亲水性能的影响。

对罗丹明B的光降解实验表明,加入少量的SiO2可提高T iO2薄膜的光催化性能,过多的SiO2降低了T iO2光催化活性。

但超亲水性的实验则表明,加入量提高了玻璃表面的超亲水性能。

较多的SiO2关键词:二氧化钛;二氧化硅;光催化活能;超亲水性中图分类号:T Q171.73+9 文献标识码:A 文章编号:1000-2871(2001)03-0038-05 The Photocatalytic Activity and Super-H ydrophilicProperty of TiO2-SiO2FilmsYU XiangΟyang,CHENG JiΟjian(Research Institute of Inorganic Material,East China University of Science&T echnology,Shanghai,200237,China) Abstract:T iO2-SiO2films are coated on the surface of glass by s ol-gel process.E ffects of the am ount ofSiO2addition on the photocatalytic activity and super-hydrophilic property of T iO2are investigated.Resultsof photodecom posing Rhodamine B show that a small am out of SiO2addition im proves the photocatalytic ac2tivity of T iO2;however,a larger am ount of SiO2addition im proves the super-hydrophilic property of T iO2.K ey w ords:T itania;Silica;Photocatalytic activity;Super-hydrophilic property1　前言自从1972年T iO2光催化特性由日本藤　昭教授发现以来,以其为代表的光催化材料已得到广泛的研究,利用T iO2光催化材料对环境中各种污染物的明显去除效果已引起世界的广泛关注。

SiO2与TiO2光学薄膜制备及其椭偏测量-PPT精选文档

触、非破坏性、测量精度高等优点。在光学薄膜中，性能比较优异的
薄膜是SiO2、TiO2光学薄膜，它们具有非常高的化学稳定性和机械强度性能。因此，本文选择这两种薄膜，通过溶胶-凝胶、浸渍提拉法来制备薄膜，然后用椭圆偏振法测量这两种光学薄膜的参数性能。
光学薄膜的概述及发展现状

光学薄膜，一种非常重要的光学元件。光学薄膜是一种在光在传播路径过程中，附着在光学器件表面的厚度薄而均匀的介质膜层，可以通过分层介质膜层时的反射、透射、折射和偏振等特性，从而达到人们想要的在某一个或是多个波段范围内的光的全部透过或光的全部反射或是光的偏振分离等各特殊形态的光。
1、清洗烧杯，并烘干；配制0.3%的盐酸溶液 2、取一定量的钛酸丁酯或硅酸乙酯加入到无水
乙醇中
3、用搅拌器搅拌，并向溶液中缓慢加
入盐酸和蒸馏水
4、20min后停止搅拌，得到SiO2、
TiO2溶胶溶液
用左图设计的浸渍提拉机以一定的提拉速度将垂直插入到配制好的溶液中的载波片提拉到空气中，待干燥后，再用440 摄氏度的真空电阻炉进行培烧，从而制得薄膜。
动比较大
2
(c)
大于1100nm时，薄膜的吸光系数波动
逐渐趋于稳定
提拉速度对SiO2薄膜折射率和吸光系数的影响
(a)
(b)
1
2 3
250～500nm时，折射率增大到一定值，
波动那个范围较大 500～1100nm时，折射率不再增大，波动范围减小大于1100nm时，折射率趋于一定值，并并保持稳定
SiO2与TiO2光学薄膜的制备及其椭偏测量
答辩提纲
研究的目的及意义光学薄膜概述及发展现状椭圆偏振原理及概述实验设计结果与讨论结论

纳米二氧化钛表面包覆的研究

纳米二氧化钛表面包覆的研究丁延伟　范崇政(中国科学技术大学化学物理系,合肥230026)摘要:对纳米二氧化钛粉末进行表面处理是钛白粉工业化生产中必不可少的关键步骤,处理的方法和包覆的程度直接影响产品的应用范围。

目前的处理措施是在其表面包覆一层无机物或有机物膜以避免粉末粒子的团聚。

讨论包覆的表面化学原理、影响因素、适宜的包覆条件及常见的包覆方法。

指出今后的研究重点在于修饰剂的合适选择、在通常条件下表面包覆的实现以及化学原理的理论研究等。

关键词:纳米二氧化钛;表面包覆;分散;团聚中图分类号:T Q134111　文献标识码:AR esearch on surface coating of nanoscale titaniaDING Yan 2wei ,F AN Chong 2zheng(Department of Chemical Physics ,University of Science and T echnology of China ,Hefei 230026,China )Abstract :Sur face treatment of nanoscale titania is one of the key steps in commercial production of titania and it can be decided directly the application fields of titania powder.C oating a film of organic or inorganic com pound on its sur face to av oid the aggregation of the particles is adopted frequently.Principles of sur face chemistry of the sur face coating ,the effect factors ,and the proper conditions of coating are discussed.Meanwhile ,s ome of the coating methods adopted usually are introduced.I t is pointed out that the future researches should focus on the selection of m odifier ,the sur face coating at ordinary conditions and en 2hancing theoretical research ,et al.K ey w ords :nanoscale titania ;sur face coating ;dispersion ;aggregation　收稿日期:2001202222　作者简介:丁延伟,男,1975年生,硕士生;范崇政,男,1944年生,大学,教授,导师,研究方向为表面物理化学及多相催化反应。

原位法制备介孔SiO_(2)@TiO_(2)粉体及其性能研究

第36卷第1期2251年3月西南科技大学学报Jo/rnai of So/thwest University of Scie/ce and TechnologaVo/36No.1Mar,2021原位法制备介孔SiO2@TiO2粉体及其性能研究尹梦康明孙蓉李昌林赵宇航(西南科技大学材料科学与工程学院四川绵阳651010)摘要:介孔S i O2@T i O2粉体具有较大比表面积及有序的孔径分布，在吸附、药物控释以及催化剂载体等领域应用前景广阔。

以正硅酸乙酯为硅源、钛酸正丁酯为钛源、十六烷基三甲基漠化铵为模板剂，结合并改进溶胶凝胶法和水解沉淀法，设计了一种原位制备介孔S i O2@T i O2粉体的方法。

通过对不同酸碱条件下所得样品进行结构与性能分析表明，碱性条件有利于介孔S1O2@T1O2粉体的制备，在pH值为3和5时，其孔径分布不集中，比表面积在10 m2/g以下，当pH值为0〜11时,其比表面积为150〜200m5/g,孔体积为0.213〜0.369mL/g,孔径集中分布在5nm 左右。

相较于传统的溶胶凝胶法，原位法制备的介孔S i O2@T i O2粉体比表面积和孔体积均有增大,孔径减小但分布集中，使其更适合作为催化剂载体。

关键词:原位法介孔S1O2@T1O2粉体比表面积孔体积孔径中图分类号：0643.36文献标志码：A文章编号：1671-8755(2021)01-0023-05In-siti Preyaration and Praperties of Mesoporaus SiO2@TiO2PowderYIN Msg,KANG Ming,SUN Rong,L)Chapglia,ZHAO YuUapg(School of Materiad ang Engineering,Southwest Universita of angTechnolofa,MianyaTig621212,Sichuan,China)Abstract:Meso/oro/o SiO2@T1O2powder has a larpe specific surface area and orbereC pore size distri/u-tioc,which UPngo a wi/e applicatio/prospect in the fields of aPsorptioc,co/trolleC release of drugs and catalyst suupoU.In t hio stuUy ,with chyl orthosilicate as silicoc so/rce,n-Putyl titanate as titanium so/rce and cCyt tCoChyt ammo/ium Uromine as template agent,a metho/for in-situ pcpdction of mco-poro/o SiO2@T1O2powder wao invecteC Oa。

TiO2_SiO2复合纳米涂层开题报告

（4）样品性能测定
用SEM、AFM表征样品的表面形貌和粗糙度、用TG表征样品的热稳定性、用紫外-可见光分度计仪表征样品的光透过率、用红外光谱表征TiO2/SiO2的结合情况、光催化性能利用薄膜对甲基蓝（MB）降解率表征。
2.进度计划如下：
周次
主要工作计划
1
确定选题，学习下载相关文献
2
文献综述
3
外文翻译
[3]牛宪军,白杨,田振勇,杜意恩.Cu2+掺杂的金红石/锐钛矿型TiO_2复合光催化材料的制备及性能研究[J].云南大学学报(自然科学版),2019,41(05):1001-1008.
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而为了提高涂层稳定性，防止涂层开裂和提高涂层对基底的附着力，Kapridaki等采用溶胶—凝胶法制备了TiO2－SiO2－羟基端聚二甲基硅氧烷（PDMS）纳米复合涂层，该涂层既具有光催化活性，又具有疏水性[9]。该TiO2－SiO2－PDMS纳米复合涂层由四乙氧基硅烷（TEOS）、钛酸四异丙酯（TTIP）以及PDMS的混合物制得，TEOS在草酸的作用下完全水解，并且草酸能有效地控制凝胶开裂，所制涂层透明，无开裂，含有5nm的纳米结晶尺寸，并且对基底有很好的附着力。

二氧化钛表面处理研究进展

二氧化钛表面处理研究进展李璇;张敏;李秋叶;杨建军【摘要】综述了纳米二氧化钛表面处理的方法,从二氧化钛纳米颗粒团聚的原因分析着手,介绍了有机处理和无机处理等表面处理方法,着重介绍了二氧化钛表面无机处理及二氧化钛表面处理的机理、影响因素、处理过程等因素.分析了目前二氧化钛表面处理存在的不足,并对其发展趋势进行了展望.%Methods for surface treatment of nano TiO2 were systematically summarized and classified. Various methods for surface treatment of TiO2 including organic and inorganic treatment were intro-duced. The reasons, theories, influences factors, and processes of surface treatment of nano-TiO2 were reviewed. Currently existing deficiencies of surface treatment of TiO2 was analyzed and its developing trend were prospected.【期刊名称】《化学研究》【年(卷),期】2017(028)005【总页数】11页(P537-547)【关键词】二氧化钛;有机表面处理;无机表面处理;表面复合处理【作者】李璇;张敏;李秋叶;杨建军【作者单位】河南大学纳米杂化材料应用技术国家地方联合工程研究中心,河南开封475004;河南大学纳米杂化材料应用技术国家地方联合工程研究中心,河南开封475004;河南大学纳米杂化材料应用技术国家地方联合工程研究中心,河南开封475004;河南大学纳米杂化材料应用技术国家地方联合工程研究中心,河南开封475004【正文语种】中文【中图分类】O64随着社会和经济的高速发展，环境自净化能力的速度不及污染速度，就会带来一系列环境问题. 环境已给出了各种污染的警示，如雾霾、酸雨等. 其中雾霾的危害主要有两种：一是对于人体的直接危害，空气中的有害气体和各种气溶胶等会粘附于人体的呼吸道与肺泡中，引起各种呼吸系统疾病，浓雾天气气压较低，易诱发各种心血管疾病，并且雾霾导致近地层紫外线减弱，使得空气中病菌增多，传染病增加；二是影响交通安全和生态环境. 通过各种手段治理环境污染是当今的研究热点，如在涂料中添加光触媒(如二氧化钛)，光催化降解空气中的有害气体SO2、氮氧化物等，在一定程度上辅助治理环境污染. 因此，把光催化活性高的锐钛矿型TiO2作为添加剂加入到涂料中以增加涂料降解污染物的应用研究具有重要的意义[1-4]. TiO2，俗称钛白粉，主要有金红石、锐钛矿、板钛矿等晶型. 其物理化学特性稳定，无毒无害，具有不透明性、优异的白度和光泽度、高遮盖性、高散射力、廉价等优点[5-8]. 在涂料行业特别是在建筑涂料中具有广泛的应用,占钛白粉全部用量的百分之六十以上，是目前应用最广，用量最大的白色颜料，但TiO2作为白色无机颜料，尤其是纳米级TiO2，主要存在两方面问题. 首先，锐钛矿相TiO2光催化活性过高，能够催化降解在其表面的有机物[9-10]如油漆中的有机成膜剂，造成油漆变黄、粉化脱落等结果，这严重限制了TiO2颜料的使用；其次，纳米TiO2颗粒太小，表面能高，使得颗粒之间易于团聚，不易分散. 因此必须对TiO2表面进行处理来调控锐钛矿TiO2光催化活性并提高其在介质中的分散性. 通过在TiO2颗粒表面包覆二氧化硅壳层结构，可以在一定程度上提高TiO2颗粒在介质中的分散性，并且能够有效提高颜料的耐候性并充分发挥锐钛矿TiO2优良的光催化活性. 我国在生产和消费钛白粉方面居世界前列[11]，钛白粉生产工艺复杂、成本高居不下，单纯的二氧化钛市场竞争大、利润空间小，给生产商带来较大的压力，而用户会有较重的负担. 因此在保持涂料性能不变的前提下，不断为涂料增加新的功能，充分发挥涂料应用范围广、应用面积大的优势，以充分利用此资源来辅助消除雾霾中的有害气体.TiO2是n型半导体(锐钛矿相禁带宽度3.2 eV，金红石相禁带宽度3.0 eV)，当TiO2受到大于或等于其禁带宽度的光能(hν)照射后，其价带上的电子就可以被激发跃迁到相应的导带，从而在价带上产生空穴(h+)，光激发产生的电子-空穴对可以在空间电荷层的作用之下分离，空穴可以转移到TiO2颗粒的表面和TiO2表面上的羟基相互作用，从而产生高活性羟基自由基. 该自由基具有强的氧化性，在一定程度上可将有机物氧化分解为水或二氧化碳等无机小分子[12-15]，如图1所示：其基本反应式如下：纳米TiO2作为一种重要的半导体光催化材料，因其具有化学性质稳定、廉价、无毒并具有较高活性等优点而得到广泛的研究与应用. 它的应用范围主要包括以下几个方面：涂料、油漆、陶瓷、建筑[16-17]、化妆品[18]、塑料[19]、化纤、橡胶、食品卫生和电子产品[20-21]等行业.纳米二氧化钛颗粒尺寸小而具有很高的比表面积，且颗粒越小，表面的原子数量就越多，表面原子配位数不足和高表面能，导致表面的原子有很多悬挂键，表面原子受力不均匀，有与外界键合的倾向，从而使这些原子极易与其他原子相结合而稳定下来，导致晶粒相互聚集，晶体长大. 可见，纳米颗粒具有很高的化学活性，表现出强烈的表面效应和小尺寸效应[22].悬浮在溶液中的微粒普遍受到范德华力的作用，很容易发生团聚. 范德华力与颗粒直径成反比，纳米颗粒由于尺寸小，因而具有较强的范德华力作用. 纳米TiO2是由刚性、实心类球状颗粒组成，表面有很多·OH[13,23]，能够相互之间形成氢键，从而导致颗粒之间集结成群. 二氧化钛表面羟基形成如图2[24]所示：颗粒与溶剂的碰撞使得颗粒具有与周围颗粒相同的动能，因此小颗粒运动得快，纳米颗粒在做布朗运动时彼此碰撞，由于吸引作用，它们会连接在一起，形成二次颗粒. 二次颗粒较单一颗粒运动的速度慢，但仍有机会与其他颗粒发生碰撞，进而形成更大的团聚体，直至大到运动缓慢而沉降下来，如图3所示.二氧化钛纳米颗粒表面带有电荷时，溶液中的一些带相反电荷的离子靠库仑力被紧密吸附在颗粒的表面而构成吸附层，从而形成双电层，产生了ζ电位. ζ电位越高，颗粒的双电层产生的斥力越大，从而使颗粒更容易分散. 在等电点附近(ζ= 0 mV)，颗粒之间没有库仑排斥力. 当排斥力小于范德华引力时，粒子之间以引力为主，将发生团聚. 二氧化钛的ζ电位与pH值有关[25]. 如图4[16]所示：二氧化钛表面无机处理是在TiO2颗粒表面包覆一层无机的壳层结构，使之与周围介质分离，以调控TiO2的光催化活性，同时提高在介质中的分散性. 常用的无机表面处理剂有：SiO2、Al2O3、ZrO2、Fe2O3等.异相成核比均相成核有优势，其原因为晶核在已存在的异相晶体表面形成时，所增加的表面能比自行成核时要小. 因此在溶液中表面包覆膜的形成要比自身成核更容易[26]. 康春雷[27]把CH2OHCH2Cl和H2SO4作为酸解物质在金红石TiO2表面包覆氧化铝，在实验过程中出现均相成核与异相成核，主要影响因素为反应体系的pH，局部酸浓度过高易造成局部均相成核，因此采用弱酸、稀酸、加强搅拌来阻止局部均相成核. 崔爱莉等[28]对这一机理从热力学角度进行了研究，发现如果晶核与核化剂原子排列越相似，异相表面成核越有利，这也同样说明了在氧化物的表面包覆氧化物在热力学上是有利的. 晶核在形成时在已经形成的晶核表面结晶要比自行成核的表面能低，形成的核越小表面能越高，因此异相表面成核优先于均相成核，这也为在物质表面形成包覆层而非此物质的颗粒提供了有利条件.颗粒与其包覆物之间发生化学反应，形成牢固的化学键. 二氧化钛表面有很多未键合的羟基，会与带有羧基或羟基的物质脱水缩合成稳定的化学键或形成配位键，从而形成包覆层，不易脱落[29]. 崔爱莉等[30]对二氧化钛进行硅、铝二元包膜，通过XPS表征测试发现Si和Al以化学键结合于二氧化钛表面. 李礼[31]采用偏铝酸钠为原料对二氧化钛进行表面修饰，Al以Ti-O-Al键结合于二氧化钛表面.颗粒表面电荷与包覆剂带有相反的电荷，从而可以依靠库仑引力使得包覆剂吸附到颗粒的表面[26]. 吴健春[32]在酸性条件下合成Fe(OH)3，表面带有正电荷，而二氧化钛表面在中性下带有负电荷，Fe(OH)3靠静电引力吸附于二氧化钛表面，再经过煅烧形成肤色Fe2O3包覆的二氧化钛.影响二氧化钛无机表面处理的因素有：表面修饰剂用量、反应体系pH、反应温度、搅拌速度、表面活性剂用量、反应物浓度、水质、包覆速度等. ①表面修饰剂用量对改性效果影响很大. 若改性剂用量太小，因无法实质性的改变表面性质而达不到改性的要求；若改性剂的用量过大，成本也会随之增加，而且还可能引起粉体的絮凝，对产品的最终性能如耐水性和光泽等产生不良影响. ②一般情况下，酸碱度对钛白粉在水中的单分散影响很大，当pH<2时其分散性很好. 如果pH上升会逐渐发生团聚现象. 当pH在5～8时，团聚现象最为严重. 而当pH>8时，又重新分散，当pH在8.5～11时分散性最好. 当pH>11时又重新团聚. ③每个反应都有适合的温度范围，反应温度过高会导致包覆剂之间相互反应速率超过包膜的速率而导致不易成膜或成膜不稳定；而温度过低形成的膜疏松易脱落. 无机修饰在温度为60～110 ℃左右最为适宜. ④在二氧化钛进行表面处理过程中要始终保持较高的搅拌速度，依靠搅拌的作用力尽可能地使团聚体避免接触而充分分散到反应介质中，使表面处理过程中包覆的单个颗粒而非颗粒团聚体. 同时防止局部包覆剂浓度过高使得包覆剂自身发生反应，不利于成膜. ⑤表面活性剂是在进行表面处理前期使用，目的是使团聚的二氧化钛重新分散，表面活性剂用量不宜多，一般在1%～3%[33].⑥反应物的浓度过大，会使得粉体不易分散，颗粒之间形成软团聚，包覆中易形成团聚体，改良效果差. 而浓度过小，在过滤、洗涤等操作中滤液体积增大，能耗增加，成本增加[34]. ⑦表面处理过程中所用的水应为去离子水或蒸馏水，其原因为当二氧化钛颗粒表面带负电荷时，硬水中的钙离子和镁离子容易吸附到颗粒表面，中和颗粒表面的负电荷，使颗粒团聚；而TiO2表面带有正电荷时，硬水中的氯离子会中和表面的正电荷导致凝聚. ⑧致密程度和包覆速度相关，包覆速度过快易生成蓬松的膜，包覆速度过慢就会形成致密的膜.液相沉积法制备TiO2@SiO2颗粒. 将二氧化钛分散到水中制成悬浮液，将硅酸钠与硫酸分别配成一定浓度的溶液，并加入到二氧化钛悬浮液中，控制反应温度与pH，使硅酸钠水解，得到白色悬浮液；用蒸馏水反复离心洗涤，烘干即得到TiO2@SiO2颗粒[35-39]，反应方程式如下：液相沉积法制备TiO2@SiO2颗粒是较常见的修饰二氧化钛的方法，该工艺操作简单，实验过程易于控制，具有普遍的适用性. 但是，该法制备出的TiO2@SiO2颗粒分散性较差，易于团聚，难于在水中很好地分散，且在制备过程中，粒子的成核和生长过程受较多因素的影响.因此，如果能控制二氧化硅在二氧化钛表面的生长，通过表面功能化改善所得粒子的分散性，可以制得高性能的TiO2@SiO2颗粒. TIZJANG等[40]选用有机硅化合物正硅酸乙酯采用改进的Stöber方法对二氧化钛进行包覆，以降低二氧化钛在紫外光照射下的光催化活性，实验通过紫外光下降解亚甲基蓝证实包覆二氧化硅后二氧化钛的光催化活性有效降低. 但相对于无机硅包覆，有机硅包覆的成本更高. 葛晨等[35]用金红石型二氧化钛为原料，初步探讨了各反应条件(温度、pH)对二氧化钛表面形成二氧化硅岛状膜与连续致密膜的影响. 孙秀果等[41]采用包覆沉淀法制备纳米TiO2@SiO2，结果表明，合适的包覆速度改性后的粉体粒度分布均匀，紫外吸收能力增强，分散性提高. TiO2@SiO2也存在一定的缺陷，氧化硅之间也存在着微弱的氢键，使得浆料的过滤洗涤性能变差，生产成本增加. SCIANCALEPORE等[42]采用溶胶凝胶法，TEOS作为原料制备SiO2-TiO2陶瓷，实验证实基底的光滑程度对光催化降解有影响，光滑表面有高的光催化活性，高的亲水性.化学沉积法制备TiO2@Al2O3颗粒.以NaOH中和，反应方程式：以H2SO4中和，反应方程式：李礼[31]采用偏铝酸钠为原料对二氧化钛进行表面修饰，由实验得出铝在碱性条件下生成的沉积物为疏松的勃姆石型，Al是以Ti-O-Al键结合于二氧化钛表面，酸性条件下沉积物为无定形，且在碱性条件下包覆产品的颜料性能更好. 康春雷等[27]在金红石表面包覆氧化铝，选择H2SO4和CH2OHCH2Cl为酸解介质，用CH2OHCH2Cl为酸性介质能够抑制浆液中的均相成核，包覆膜质量明显改善. KLYATSKINA等[43]采用悬浮等离子体喷涂技术在二氧化钛表面包覆氧化铝.TiO2表面包覆ZrO2壳层结构，不仅对提高层间结合力有作用，而且能够显著地掩蔽TiO2的光催化活性，反应方程式：一般不会单独进行锆包膜，因为经锆处理后的样品的浆料过滤性能变差，不容易过滤洗涤，滤饼也不易抽干，易发生假稠现象，因此锆经常与铝包膜等包膜剂配合使用[44].在二氧化钛表面包覆Fe2O3目的是合成颜色稳定、具有一定彩度的二氧化钛，以克服仅把颜料与二氧化钛混合引起体系颜色分层[45]，主要反应如下：LV等[46]采用水热原子沉积法实现了在二氧化钛纳米管表面包覆Fe2O3以提高对锂离子的储存性能. 吴健春[32]在二氧化钛表面包覆以制备肤色二氧化钛，根据煅烧工艺对彩度的影响情况制备出肤色二氧化钛.在TiO2中添加同时具有亲水基团和亲油基团的有机改性剂，利用包膜剂中亲水官能团与二氧化钛表面的未键合羟基进行脱水缩合或发生取代反应形成化学键，或通过包膜剂的极性基团或氢键吸附在TiO2表面[47]，而其亲油的非极性基团朝外，有机物碳链具有一定程度的刚性，在二氧化钛颗粒之间起到位阻作用，从而消除或减弱二氧化钛颗粒之间的极性吸附作用，防止二氧化钛颗粒之间的团聚，提高其在特定介质中的分散性.常用的有机表面处理剂有：1) 胺类化合物，如三乙醇胺[34]、二异丙醇胺、乙醇胺、十八烷胺[48]等. 2) 多元醇，如NPG、TMP、TME、乙二醇[49]、丙二醇、辛戊二醇、季戊四醇等. 3) 有机硅化合物，如硅烷偶联剂、硅油、有机改性硅油等.4) 有机酸盐，如十六烷基三甲基氯化铵[50]、木质素磺酸钠、次甲基萘磺酸盐、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)[51].将TiO2分散到水中，加入分散剂分散，然后加入硅烷偶联剂，加热至一定温度，升温搅拌反应一定时间，经陈化、过滤、抽提、干燥得到最终改性产品. 秦悦等[52]用硅烷偶联剂A-151改性锆铝二元包覆后的TiO2，经实验与讨论后选择出最适宜实验条件为pH=10.0，水与硅烷偶联剂的体积比为110∶1，水解温度为75 ℃，这时粉体表面性质改变，由亲水性转为亲油性，明显改善了粉体团聚现象. 硅烷偶联剂与纳米TiO2表面的羟基发生化学反应，在TiO2表面形成了化学键，稳固的结合在表面[53]. 王琳琳等[54]利用JH-N318对二氧化钛表面进行修饰，对比改性前后的纳米TiO2的TEM照片，证明经JH-N318改性后的纳米TiO2在丙酮中的分散效果大大提高.有机酸类化合物与TiO2颗粒表面的羟基发生类酯化反应，使羧酸根与羟基之间脱水缩合，形成化学键，键合在颗粒表面，降低了颗粒的表面能，避免了TiO2颗粒之间的氢键作用力，从而将TiO2颗粒分散开来. 邹玲等[55]采用溶胶-凝胶的方法利用混合溶剂制备出硬脂酸修饰的纳米粒子，结果证实了表面有机修饰层的存在，这一修饰层与无机内核之间形成了化学键，而且羧酸根与无机内核形成双齿配位化合物.表面接枝改性的方法一般是先对TiO2颗粒表面进行预处理，之后再引发有机物在TiO2表面接枝聚合，主要包括偶联剂进行预处理法和表面活性剂进行预处理的方法[56]. 邱晓清等[57]运用硅烷偶联剂WD-70对TiO2纳米颗粒进行预处理，再进行苯乙烯的分散聚合包覆，通过表征证明聚苯乙烯通过偶联剂与TiO2键合在一起. 马丽[58]用十六烷基三甲基氯化铵对纳米TiO2进行改性，与未进行改性的TiO2颗粒相比，其吸油值明显减小. 并且实验结果表明，CTAB与TiO2颗粒表面的羟基发生了化学反应，成功接枝到其表面.TOHAE等[59]在TiO2表面接枝了APTMS和IPTMS硅烷偶联剂，IPTMS在TiO2表面产生交联结构，因此IPTMS的嫁接效率要比APTMS的嫁接效率要高，修饰后水合半径明显减小. 接枝原理如图5所示.此种方法利用有机酸盐亲水基团一端容易吸附在TiO2颗粒的表面，而疏水基团伸向分散介质中，以此来提高TiO2在分散介质中的分散性及与介质的相互融合性.王科林等[51]利用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)修饰二氧化钛，提高了TiO2在二甲苯中的稳定性. 万斯等[48]利用十八烷胺通过物理吸附的方法改性了担载银的TiO2粉体，经过改性得到了亲油疏水的载银二氧化钛粉体. 吕玉珍等[60]选用了油酸对纳米TiO2进行表面有机修饰，将修饰后的样品通过超声，分散到变压器油中，实验结果表明，油酸在纳米TiO2表面成功形成了良好的修饰层，且与纳米TiO2表面以双齿桥连配位方式键合. NAKAYAMA等[61]用丙酸和各种胺作为原料，采用两步法对TiO2表面进行修饰，得到了在有机溶剂中具有高分散性的TiO2纳米颗粒，酸和胺以螯合键或桥键形式键合于TiO2颗粒表面. OJAME等[62]研究了甲酸、乙酸、柠檬酸等在金红石表面的吸附作用，通过量子化学计算发现甲酸、乙酸、柠檬酸等通过强键吸附到TiO2表面，这种强键主要是以桥键形式存在. MISRA等[63]成功用C11-resorcinarene对二氧化钛进行包覆，实现了其在不同的非水溶剂中单分散及再分散，其结构如图6所示：影响TiO2表面有机处理的因素与无机处理因素差别不大，有以下几点：表面修饰剂用量、反应体系pH、反应温度、搅拌速度、表面活性剂用量、反应物浓度、水质、包覆速度等. 有机修饰的温度相比无机物表面处理温度低[34].为了扩展二氧化钛的应用范围，可以使用两种或多种表面处理剂进行复合处理，常用的处理方法有两种：无机-无机复合处理、无机-有机复合处理. 无机-无机复合处理一般有铝硅复合处理、铝锆复合处理等. 而无机-有机复合处理一般先进行无机处理再进行有机处理，以使产品更好的分散到有机介质中.铝硅复合处理存在处理次序的问题. 一般生产耐候性产品时先修饰铝再修饰硅，应用于水性涂料时，先修饰硅后修饰铝. 崔爱莉等[64]用硅酸钠和硫酸铝为原料在二氧化钛表面修饰硅铝二元膜. 研究了二氧化钛表面包硅和包铝膜的机理和包膜的表面结构，提出pH和硅胶的聚合速度影响包膜的致密性与状态，pH主要影响包覆单分散，硅酸聚合速度过快，不利于逐渐沉积到TiO2粒子表面形成成膜包覆，而生成许多小球形的SiO2粒子，从而产生成核包覆. 李蓓等[65]在钛白粉表面用氧化硅和氧化铝进行包膜处理，水悬浮液pH值偏离中性. 氧化硅包膜后，钛白粉水悬浮液呈碱性，随着包覆量的增加pH增大，最高可达pH 9.7. 氧化铝包膜后，钛白粉水悬浮液呈酸性，随着包覆量的增加而降低，最低可达pH 4.4.化学沉积法制备ZrO2@TiO2颗粒，用NaOH溶液调节TiO2浆料的pH，加入质量分数0.3%～0.5%的P2O5，缓慢滴加ZrOCl2溶液，控制反应时间、反应温度、反应pH，之后加入NaAlO2溶液，控制温度与pH，熟化. 之后过滤、洗涤、干燥[45]. 李坤等[66]用金红石型二氧化钛、偏铝酸钠、ZrOCl2作为原料，合成表面包覆氧化铝与氧化锆较为均匀完全膜的样品，改善了二氧化钛亨特白度和光泽度，以及在水中的分散程度.无机-有机联合包膜，既可以提高二氧化钛的耐候性，也能够增加在溶剂中的分散性. 王亚峰等[67]采用锆-铝-有机硅联合包膜工艺进行无机-有机包覆，D7066 有机硅包膜剂与二氧化钛表面以化学键的方式结合，并形成了有机包覆层，制备出了高耐候性、高光泽度、流动性良好的二氧化钛，产品具有较高的耐温性和加工性能. 王勇等[68]成功地完成了纳米TiO2表面Al2O3/硅烷偶联剂复合包覆改性. 包覆膜依附于纳米颗粒表面均匀生长，对颗粒外形没有影响. 复合包覆膜中有机膜的最大包覆量约为7%，且与包覆温度无关. 秦悦等[52]采用硅烷偶联剂A-151对锆铝二元无机包覆的TiO2进行表面处理，粉体表面性质由亲水转为亲油，且粉体团聚现象得到明显改善.二氧化钛表面处理可以调控二氧化钛的光催化活性，提高光学稳定性，同时可以提高二氧化钛在介质中的稳定性. 国外虽技术成熟，但一直被国外大公司和研究机构垄断，而我国钛白粉的需求量巨大，产量在世界范围内占有很大比例. 因此对二氧化钛表面处理的研究，提高二氧化钛的性能，拓宽二氧化钛的使用范围，具有重要现实意义. 作为实际应用型课题，二氧化钛表面处理的以下方面有待进一步研究：对于表面处理后的样品没有较为系统的表征手段和标准，以检测产品性能优劣；表面处理的理论不完善，需要进一步完善理论来指导实验.【相关文献】[1] 阳露波. 金红石纳米TiO2在涂料中的应用研究[J]. 钢铁钒钛, 2003, 24(2): 52-56.YANG L B. 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Environmental Science & Technology, 2002, 36(15): 3412-3419.[18] 李森, 王宽, 韦宝卿, 等. 新型TiO2聚合物复合粒子的制备及在化妆品中的应用[J]. 香料香精化。

TiO2-SiO2_多功能薄膜的制备及其性能研究

第52卷第11期表面技术2023年11月SURFACE TECHNOLOGY·347·TiO2-SiO2多功能薄膜的制备及其性能研究向军淮，徐志东，王军*（江西科技师范大学江西省材料表面工程重点实验室，南昌 330013）摘要：目的改善普通玻璃的防雾性能。

方法采用溶胶−凝胶法在玻璃表面制备均匀透明的x TiO2-(1−x)SiO2（x为1.00、0.75、0.50、0.25、0）复合薄膜。

利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）表征TiO2-SiO2复合材料的微观结构和表面形貌，通过紫外可见近红外分光光度计、接触角测试仪测试TiO2-SiO2复合薄膜的光学性质和润湿性，通过热水浴实验评价镀膜前后玻璃的防雾性能。

结果XRD测试结果表明，TiO2-SiO2复合材料由锐钛矿相TiO2和非晶相SiO2构成，其相结构随着TiO2含量的变化而变化。

SEM和AFM结果表明，在TiO2-SiO2复合薄膜中，当SiO2的物质的量分数小于50%时，TiO2-SiO2复合薄膜表面均匀致密、粗糙度低；当SiO2的物质的量分数大于75%时，复合薄膜表面出现了孔洞和大颗粒，粗糙度增大。

光学性质测试结果表明，在TiO2-SiO2复合薄膜中，当SiO2的物质的量分数大于50%时，镀膜后的玻璃在可见光范围内的平均透过率高于85%。

润湿性测试结果表明，镀膜后玻璃表面的亲水性明显增强，当SiO2的物质的量分数小于50%时，TiO2-SiO2复合薄膜的接触角低于5°，表现为超亲水。

防雾性能测试结果表明，在玻璃表面制备TiO2-SiO2复合薄膜后，玻璃具有良好的防雾性能。

评价了0.50TiO2-0.50SiO2复合薄膜的耐久性，在室内放置60 d后，0.50TiO2-0.50SiO2复合薄膜的平均透过率在84%以上，且具有防雾性能，表明其耐久性较好。

结论在玻璃表面制备的0.50TiO2-0.50SiO2复合薄膜在可见光范围内具有高透明度和良好的防雾性能，且该薄膜的耐久性较好。

二氧化硅包覆二氧化钛

目录摘要 (1)关键词 (1)1前言 (2)1.1 TiO2概况 (3)1.1.1 TiO2简介 (3)1.1.2 TiO2相关研究背景及意义 (4)1.2Sio2 的概述 (4)1.2.1简介 (4)2 溶胶-凝胶法制备TiO2粉体 (5)2.1溶胶-凝胶法制备TiO2粉体机理 (5)2.2实验部分 (5)2.2.1 主要试剂及仪器 (5)2.2.2 实验步骤 (6)2.3 结果与讨论 (7)2.3.1 TiO2/ SiO2粉体制备过程实验操作要点讨论 (7)3 SiO2并流中和法表面改性TiO2 (8)3.1主要试剂及仪器 (8)3.2实验步骤 (8)4 SiO2包覆TiO2粉体的性能研究 (9)4.1粒度分析 (9)4.2红外光谱分析 (10)4.3 XRD分析 (10)4.4TiO2/SiO2粉体光催化降解甲基橙溶液 (11)4.4.1 TiO2/SiO2粉体光催化降解甲基橙溶液机理 (11)4.4.2主要试剂及仪器 (13)4.4.3 实验步骤 (14)4.4.4不同pH环境对将光催化降解的影响 (14)4.4.5反应时间对光催化降解反应的影响 (15)4.4.6不同粉体用量对光催化降解反应的影响 (16)5结论 (17)主要参考资料 (18)致谢 (19)湖南人文科技学院毕业论文(设计)SiO2包覆TiO2粉体的制备与性能研究李恩龙指导老师王书媚（湖南人文科技学院化学与材料科学系湖南娄底417000）摘要：以钛酸丁酯为先驱物,乙醇为溶剂,醋酸为螯合剂,采用溶胶-凝胶法制备超细TiO2粉体，以SiO2包覆材料用并流中和法对纳米TiO2粒子进行表面改性。

采用红外光谱分析、激光粒度分析、XRD、紫外光谱仪对改性前后粉体的晶型和晶粒大小进行了表征并对改性效果进行评价。

关键词：溶胶-凝胶法改性效果TiO2SiO2湖南人文科技学院毕业论文(设计) Study on Photocatalytic Properties ofTiO2/SiO 2PowdersLi EnlongTeacher Wang Shu-mei(Department of Chemistry and Material Science, Hunan Institute of Humanities,Science and Technology, Loudi, Hunan, 417000)Abstract: with butyl titanate as precursor, ethanol as solvent, acetic acid as chelating agent, was prepared by Sol - gel method of ultrafine titanium dioxide powder in Silicon dioxide coating material and stream and method of nano titanium dioxide particles surface modification. Using infrared spectrum analysis, laser particle size analysis, XRD, ultraviolet spectrometer of the modified powder crystal type and particle size were characterized and evaluated the effect of modified.Keywords : sol-gel modified effect Silicon dioxide Titania1前言纳米二氧化钛(TiO2)(有板钛型、锐钛型和金红石型3种晶体结构)是近年来发展较快的一种附加值很高的功能精细无机材料，因其具有粒径小，比表面积大，磁性强，光催化、吸收性能好，吸收紫外线能力强，表面活性大，热导性好，分散性好，以及良好的耐侯性、耐化学腐蚀性，抗紫外线能力强等特点，被广泛应用于感光材料、光催化剂、化妆品、食品包装材料、陶瓷添加剂、橡胶、塑料、皮革鞣制、高级轿车涂料等领域。

致密层TiO2多孔层散射层研究内容与方法JinAJeongHanKiKim

SEM图
a 溶胶凝胶法制备致密层 b 与FTO的对比 c 已完成的致密层 d 文献中的致密层
光电转化效率
最佳致密层层数
下一步工作计划
利用新的垂直提拉机，再做一次厚度实验，确定最佳厚度，测试SEM横截面图。
学会交流阻抗（EIS）的测试，利用交流阻抗谱图解释致密层的作用。
补充其他测试结果。（XRD,紫外可见吸收光谱）
课题背景与意义国内外发展状况研究内容与方法实验思路与工作计划
课题背景与意义
课题背景与意义
DSSC的电子传输路径
课题背景与意义
光阳极致密层的作用
Difeng Qiana, Yaogang Li b. Anatase TiO2 sols derived from peroxotitanium acid and to form transparent TiO2 compact film for dye-sensitized solar cells[J]. Journal of Alloys and Compounds 509 (2011) 10121– 10126
实验思路
TiO2致密层的制备 TiO2纳米粒子的制备
配制一定浓度的TiO2溶胶采用浸渍提拉法制备TiO2致密层
制成电池，测试效率
实验思路
其他氧化物致密层的制备
（i）掺杂其他金属元素的TiO2致密层（ii）ZnO、Nb2O5、MgO、Al2O3致密层
实验进展
9.25mlTi(OC4H9)4+2.5mlCH(CH3)2OH滴加到 62mlH2O+20mlCH3COOH
改进的溶胶凝胶法：
4ml乙酰丙酮、13.6ml钛酸丁酯、60ml乙醇 +1.8g月桂胺、35ml水

浅析钛白粉无机包覆改性现状及发展趋势

2019年3月 | 53键合效果。

有学者对钛白粉包覆SiO 2分析，提出包覆过程为溶胶-凝胶过程。

其加工流程为：将SiO 2作为包覆剂，通过并流法使pH保持在9～10，温度约90℃，熟化2h。

第三，二氧化锆包覆。

钛白粉单元包覆二氧化锆，包覆剂包含四氯化锆、硫酸锆、氯氧化锆、硝酸锆。

其中，硫酸锆、氯氧化锆经济投入少、无污染，现已在工业生产中得到了推广运用。

其包覆原理为：二氧化锆单元包覆过程中，包膜呈烃基水合氧化锆形式，具有活性大、吸附性强的特点，与TiO 2颗粒外层烃基缩合生成Zr-O-Ti 键，稳定键合在钛白粉颗粒外层。

中和缓慢时，溶液内溶胶生成缓慢，溶胶和钛白粉颗粒碰撞率高于溶胶率，有助于生成致密膜。

如果中和迅速则溶胶成核快速，水合氧化锆成核，吸附在钛白粉颗粒外层呈岛状不持续包膜。

具体加工流程为：将ZrOCl 2作为包膜剂，酸碱度控制在10，包覆温度约60℃，包膜时间约4h，熟化2h。

2.2 多元无机包覆包覆的二氧化硅、二氧化锆容易生成致密膜，提高了钛白粉耐候性。

包覆氧化铝形成疏松网状膜，提高钛白粉分散性。

不过，单元包覆无法达到要求的耐候性与分散性需求，进而多元包覆应用较多。

一些产品中，从内到外通过内核--致密膜-网状膜包覆结构较多，如：SiO 2-Al 2O 3、ZrO 2-Al 2O 3等。

这种包覆形式结合工艺形式能够划分为一次共沉淀与多次共沉淀。

其中，一次共沉淀指的是不同包覆剂同步沉积在钛白粉颗粒外层。

多次共沉淀指的是不同包覆剂逐步沉淀到钛白粉颗粒外层[5]。

第一，Al 2O 3与SiO 2包覆。

有学者利用一次共沉淀包覆，硅酸钠作为硅源、氯化铝为酸碱沉淀剂获得高耐候钛白粉产品，加工工艺简单、经济投入少。

还有学者通过液相共沉淀法，将柠檬酸作为沉淀剂，逐步包覆氧化铝与二氧化硅获得高分散性钛白粉材料。

第二，ZrO 2-Al 2O 3。

通过二次包膜，酸碱度在5.0，70-80℃下包覆致密ZrO 2。

包覆沉淀法制备氧化硅改性的纳米二氧化钛及其性质

3 结果与讨论
SiO2 在 1100cm - 1 左右处为 Si —O —Si 的反对称伸缩振动吸收峰 , TiO2 在 400～700cm - 1 可以观察到 Ti —O 键的特征吸收峰[6] 。图 1 为 SiO2 、包不同含量 SiO2 的 TiO2 的红外光谱图。图 2 为 SiO2 包覆纳米 TiO2 的 X 射线能谱图 ,定性说明 TiO2 的表面有 SiO2 的存在。图 1 中的 ( d) 线 1082cm - 1 处为 Si —O —Si 的反对称伸缩振动吸收峰 ,799. 0 和 471. 0cm - 1 为 Si —O 对称伸缩振动吸收峰 ; ( b) 、(c) 线明显看出包硅后 Si — O —Si 的反对称伸缩振动吸收峰偏移到 1023cm - 1 ,而且在 906cm - 1 处产生吸收峰 , 对于纯 SiO2 、TiO2 在 900～1000cm - 1 内是没有吸收峰的 ,这应是 Ti —O —Si 键的特征吸收 ,与文献 [ 7～9 ]报道一致。硅酸钠酸化
图 2 SiO2 包覆纳米 TiO2 的 X 射线能谱图
Fig 2 EDS pat terns of SiO2 / TiO2 图 3 是未改性 TiO2 、SiO2 / TiO2 在不同煅烧温度下的 XRD 图。从图 3 中可以看出 ,未改性 TiO2 为锐钛矿和金红石共存 ,通过计算[11] 金红石相占 10. 9 % ,但 800 ℃时金红石相的含量突然增至 95. 7 % ,基本完成由锐钛矿向金红石相的晶型转变 ,而经 SiO2 包覆后的 TiO2 在 800 ℃金红石相的含量只有 30. 5 % ,说明包覆 SiO2 抑制了 TiO2 的晶型转变 , 提高了 TiO2 的晶型转变温度 ,从而也提高了 TiO2 的催化活性。这是因为氧化硅和二氧化钛发生了强烈的相互作用 ,在晶化过程中 , Si4 + ( 0. 042nm) 离子具有比 Ti4 + ( 0. 068nm) 小的半径 ,Si4 + 进入二氧化钛的晶格中形成 Ti —O —Si 键合 , 这种键合的存在抑制了锐钛矿相二氧化钛向金红石相的转变。