可见光光触媒(纳米二氧化钛)的制备
纳米二氧化钛的制备方法---钛醇盐气相热解法及气相氧化法
一、钛醇盐气相热解法该工艺以钛醇盐为原料，将其加热气化，用氮气、氦气或氧气作载气，把钛醇盐蒸气预热分解炉，进行热分解反应。
其反应式如下：nTi(OC4H9)4(g)===nTiO2(s)+2nH2O(g)+4nC4H8(g)日本出光兴产株式会社利用钛醇盐气相热解法生产球形非晶型的TiO2，这种纳米TiO2可以用作吸附剂、光催化剂、催化剂载体和化状品等。
据称，为提高分解反应速率，载气中最好含有水蒸气，分解温度以250~350℃为合适，钛醇盐蒸气在热分解炉中的停留时间为0.1~10s，其流速为10~1000mm/s，体积分数为0.1%~10%；为提高所生成纳米TiO2的耐候性，可向热分解炉中同时导入易挥发的金属化合物(如铝、锆的醇盐)蒸气，使纳米TiO2粉体制备和无机表面处理同时进行，该工艺的最大缺点是原料成本较高，产物中残炭含量高，难以合成纯金红石型的纳米TiO2。
二、钛醇盐气相氧化法将钛醇盐蒸气导入反应器与氧气反应，由于饱和蒸气压的原因，反应前体一般选用钛酸民丙醇酯(TTIP).Arabi-Katbi等以TTIP为原料，研究了火焰的方位和结构对合成纳米TiO2的影响。
预混合反应器的方位主要影响停留时间，对晶型组成、颗粒尺寸有一定影响，但对粒子的形貌影响不大。
在层流扩散焰反就器中合成纳米TiO2反应器的混合方式和火焰结构可以有效控制产物的平均原始粒径(10~50mm)和晶型组成(金红石型的质量分数为6%~50%)。
为增大粒径和提高产物的金红石型含量，可以通过增加甲烷气体的流量而提高反应温度来实现。
气相合成纳米TiO2的方法，除上述几种以外，还有低温等离子体化学法、激光化学反应法、金属有机化合物气相沉积法、强光离子束蒸法、乳液燃烧法等，虽然这些气相法制得的纳米TiO2粉体纯度高，粒径分布窄，分散性好，团聚少，表面活性大，反应速率快，能实现连续化生产。
但是气相法反应在高温下瞬间完成，要求反应物在极短的时间内达到微观上的均匀混合，对反应器的型式、设备的材质、加热方式、进料方式均有很高的要求，加之生产成本高。
涂料中纳米二氧化钛的制备及其研究
12高分子材料与工程2班何俊201241512224涂料中纳米二氧化钛的制备及其研究摘要：纳米TiO2是一种新型的无机功能材料,由于其粒径在1～100nm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,使其在环境、材料、能源、医疗和卫生领域有着广阔的应用前景。
本文主要介绍了在涂料中纳米TiO2常见的合成方法及其一些性质。
关键词：二氧化钛、制备方法、性能、表征一、涂料中的TiO2纳米二氧化钛涂料外观为白色液体。
在可见光或紫外光的作用下具有很强的氧化还原能力，化学性能稳定，能将甲醛、甲苯、二甲苯、氨、氡、TVOC等有害有机物、污染物、臭气、细菌、微生物等有害有机物彻底分解成无害的CO2 和H2O，并具有去除污染物、亲水性、自洁性等特性，性能持久，不产生二次污染。
涂料平均粒径，nm 20-30，二氧化钛含量 % ≥ 99，有以下性能：①光催化效率高。
对装修污染物甲醛、苯、氨及其它有机污染物均有强力分解去除效果。
分解率达90%以上。
浓度低时也不降低净化效率。
对甲醛、苯、氨气、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物等影响人类身体健康的有害有机物起到净化作用。
②杀菌效率高。
杀菌率在无光下达99%以上，有紫外光照射时可达99.99%。
超强的氧化能力能造成细胞死亡，降低病毒的活性，并且捕捉、分解空气中的浮游细菌。
有效除去大肠杆菌、黄葡萄球菌、白癣菌、徽菌、化脓菌、绿脓菌等细菌，抑制如肠病毒、流行性感冒、滤过性病毒等病原的传播。
③无毒无害。
光触媒二氧化钛可作为食品添加剂使用。
不同于一般消毒剂，在杀死细菌病毒的同时，也可分解掉其分泌的毒素，不存在二次污染问题。
④极强的屏蔽紫外线作用，对红外线也有反射作用⑤很好的成膜性，成膜光滑平整，常温固化时间短，使用时间长达10年以上二、TiO2的制备纳米级二氧化钛，亦称钛白粉，钛白粉生产中传统的硫酸法和氯化法无法制备纳米级二氧化钛，从现有的制备过程及反应原理来看，最常用的原料有TiCl4、硫酸氧钛、金属醇盐、有机钛，纳米级二氧化钛的主要合成方法可分为气相法和液相法。
纳米二氧化钛的制备综述
纳米二氧化钛的制备综述
纳米二氧化钛（TiO2）是一种具有广泛应用潜力的材料，用于催化、光电子学、传感器、环境污染治理等领域。
制备纳米二氧化钛的方法有很多种，包括溶胶-凝胶法、水热合成法、溶剂热法、气相沉积法等。
下面是纳米二氧化钛制备的一些综述：
1. 溶胶-凝胶法：这是一种常见的制备纳米二氧化钛的方法。
通过将钛源和溶剂混合形成溶胶，然后通过凝胶化反应得到凝胶，最后通过热处理过程形成纳米二氧化钛。
该方法制备的纳米二氧化钛具有较高的纯度和较小的粒径。
2. 水热合成法：这是一种利用高温高压水环境合成纳米二氧化钛的方法。
通过在水溶液中加入适量的钛源和控制反应条件，可以得到形貌和粒径可调的纳米二氧化钛。
水热合成法制备的纳米二氧化钛具有较高的比表面积和晶体质量。
3. 溶剂热法：这是一种利用有机溶剂作为反应介质合成纳米二氧化钛的方法。
通过在有机溶剂中加热处理钛源溶液，可以形成纳米二氧化钛。
溶剂热法制备的纳米二氧化钛可以调控晶体形貌和粒径。
4. 气相沉积法：这是一种利用气相反应合成纳米二氧化钛的方法。
通过在适当的气氛条件下，钛源蒸汽和氧气反应生成纳米二氧化钛。
气相沉积法制备的纳米二氧化钛具有较高的纯度和较小的粒径。
纳米二氧化钛的制备方法
关键词： 纳米 二氧化钛 制备
中图分类号： Ｔ Ｑ １ ３
文献标识码： Ａ
文章编号：１６７２－３７９１（２００８）０６（ｂ）－０００４－０２
纳米二氧化钛 （ＴｉＯ２）具有许多的特殊性 能比如表面效应、体积效应、量子尺寸效 应、宏观量子隧道效应等，从而使其与普 通二氧化钛相比具有许多特殊性能。纳米二 氧化钛在水处理、催化剂载体、紫外线吸 收剂、光敏性催化剂、防晒护肤化妆品、 涂料填料、光电子器件等领域具有广泛的用 途。纳米二氧化钛用于涂料是涂料发展的一 个重大研究方向，它的开发与应用为涂料的 发展注入了新的活力，可利用其各种特殊效 应来提高涂料的多方面性能。目前纳米二氧 化钛的制备方法主要分为液相法和气相法， 固相法应用较少，本文将对其制备方法进行 归类和比较。
１ 制备方法 １．１ 气相法
气相法是直接利用气体，或者通过各种 手段将物质转变为气体，使之在气体状态下 发生物理变化或者化学反应，最后在冷却过 程中凝聚长大形成纳米粒子的方法。此类反 应大多是在高温下瞬时完成的， 对反应器的 构型、设备的材质、加热及进料方式等均 有很高的要求。
１．１．１ 四氯化钛气相氧化法 此法多是以四氯化钛为原料，以氮气为 载气，以氧气为氧源，在高温条件下四氯 化钛和氧气发生反应生成纳米二氧化钛。其 反应式如下： ＴｉＣｌ４（ｇ）＋Ｏ２（ｇ） ＝ＴｉＯ２（ｓ）＋２Ｃｌ２（ｇ） 施利毅等［１］利用气相氧化法制备出金红 石型二氧化钛。研究发现氧气预热温度越高， 微粒粒径越小、分布越窄，随着晶型转化促 进剂浓度增加粒径尺寸减小，随停留时间延 长、晶型转化促进剂的增加，金红石相含量增 大。这种方法的自动化程度高，但有二氧化钛 粒子遇冷壁结疤的问题没能很好解决。 １．１．２ 真空蒸发 － 冷凝法 此法是在真空反应器中通入惰性气体， 并保持一定的压力，然后对蒸发物质进行真空 加热蒸发，蒸汽被液氮冷凝成超细微粒。 １９８７ 年 Ｓｉｅｇｌｅｓ［２］等采用此法成功的合成了纳 米级二氧化钛。此法可以制备出高纯度的纳 米二氧化钛，通过改变压力和温度可以制备 不同尺寸的纳米粒子。
[讲解]纳米二氧化钛制备方法
![[讲解]纳米二氧化钛制备方法](https://img.taocdn.com/s3/m/a17acac532d4b14e852458fb770bf78a64293a58.png)
1.纳米TiO 2粉体制备方法物理法 气相冷凝法:预先处理为气相的样品在液氮的气氛下冷凝成核制得纳米TiO2 粉体,但该法不适于制备沸点较高的半导体氧化物高能球磨法:工艺简单,但制得的粉体形状不规则,颗粒尺寸分布宽,均匀性差化学法 固相法:依靠固体颗粒之间的混合来促进反应,不适合制备微粒液相法:就是将钛的氯化物或醇盐先水解生成氢氧化钛(或羟基氧钛) ,再经煅烧得到TiO2. 研究最广泛。
以四氯化钛为原料,其反应为TiCl4 + 4H2O → Ti (OH) 4 + 4HCl ,Ti (OH) 4 → TiO2 + 2H2O.以醇盐为原料,其反应为Ti (OR) 4 + 4 H2O → Ti (OH) 4 + 4 ROH ,Ti (OH) 4 −−−→煅烧TiO2 + 2 H2O.主要包括硫酸法、水解法、溶胶-凝胶(Sol2gel) 法、超声雾化、热解法等。
溶胶- 凝胶法就是将钛醇盐制备成二氧化钛溶胶. 为了得到多孔催化剂,通常采用煅烧等方法将凝胶进行干燥,去除溶剂,制得干凝胶. Dagan 等[25 ]采用超临界干燥法所制得的TiO2气凝胶孔隙率为85 % ,比表面积高达600 m2·g - 1 ,晶粒尺寸为5. 0 nm ;对水杨酸的光催化氧化表明该催化剂具有比Degussa P - 25 TiO2粉末更高的催化活性.气相法:其核心技术是反应气体如何成核的问题. 通过四氯化钛与氧气反应或在氢氧焰中气相水解获得纳米级TiO2 ,目前德国Degussa 公司P-25 粉末光催化剂是通过该法生产的常用的化学制备方法有溶胶-凝胶法、沉淀法、水解法、喷雾热解法、水热法和氧化- 还原法等。
10. 纳米TiO2薄膜制备方法：除了与粉体制备相同的制备方法如溶胶-凝胶法、热解法外,还有液相沉积法、化学气相沉积法、磁控溅射法等。
溶胶-凝胶法(Sol-Gel)：制备的薄膜纯度高,且制备工艺简单,易批量生产;水热合成法：通过水解钛的醇盐或氯化物前驱体得到无定形沉淀，然后在酸性或碱性溶液中胶溶得到溶胶物质，将溶胶在高压釜中进行水热Ostwald熟化。
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。
光触媒生产工艺流程
光触媒生产工艺流程光触媒是一种能够利用光能将有害物质分解为无害物质的材料。
它具有广泛的应用领域，如空气净化、水处理、除臭等。
光触媒的生产工艺是实现其高效性和稳定性的关键。
下面将介绍光触媒生产工艺的流程。
1. 原材料准备光触媒的主要原材料是二氧化钛（TiO2）。
为了提高光触媒的活性，常常还需要添加一些协同剂，如银（Ag）等。
在生产工艺开始之前，需要准备好这些原材料，并确保其质量符合要求。
2. 原料处理将原材料进行粉碎和筛分，以确保颗粒大小均匀，并去除杂质。
然后，根据配方要求，按照一定比例混合原材料。
这一步骤的目的是确保原料的均匀性和稳定性。
3. 混合和制备浆料将混合好的原料与溶剂进行混合，制备成浆料。
浆料的粘度和浓度需要根据具体产品要求进行控制。
混合和制备浆料的过程需要严格控制温度和时间，以确保浆料的质量。
4. 涂覆将制备好的浆料涂覆在基材上。
基材的选择和处理对光触媒的性能影响很大。
常用的基材有玻璃、金属板和陶瓷等。
涂覆工艺包括刷涂、喷涂、浸涂等方法，需要控制涂覆厚度和均匀性。
5. 干燥将涂覆好的基材进行干燥，以使浆料中的溶剂挥发掉。
干燥的温度和时间需要根据涂覆厚度和基材的特性进行调整。
干燥后的光触媒涂层需要具备一定的机械强度和附着力。
6. 烧结经过干燥的光触媒涂层需要进行烧结处理。
烧结的目的是使涂层中的颗粒结合成致密的膜，并提高光触媒的活性。
烧结的温度和时间需要根据涂层厚度和材料特性进行控制。
7. 表面处理烧结后的光触媒涂层需要进行表面处理，以提高其光吸收能力和光散射能力。
常用的表面处理方法有酸洗、碱洗、阳极氧化等。
表面处理的过程需要控制处理液的浓度和温度。
8. 检测和包装经过表面处理后的光触媒涂层需要进行严格的检测，以确保其质量符合要求。
常用的检测方法有X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等。
检测合格后，将光触媒产品进行包装，以便于运输和销售。
以上就是光触媒生产工艺的主要流程。
通过精确控制每个环节的参数和质量要求，可以生产出具有高活性和稳定性的光触媒产品。
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。
光触媒纳米二氧化钛
光触媒纳米二氧化钛光触媒纳米二氧化钛是一种具有广泛应用前景的新型材料。
它以其优异的光催化性能和环境友好性而备受关注。
本文将从纳米二氧化钛的特性、制备方法、应用领域等方面进行介绍，旨在帮助读者对光触媒纳米二氧化钛有更深入的了解。
我们来了解一下光触媒纳米二氧化钛的特性。
纳米二氧化钛是一种具有纳米级尺寸的二氧化钛颗粒，其特点是具有高度的比表面积和丰富的表面活性位点。
这使得纳米二氧化钛在光催化反应中具有优异的效果。
此外，纳米二氧化钛还具有稳定性高、耐腐蚀性好、生物相容性佳等特点，这使得它在环境净化、抗菌消毒、光催化水分解、有机废水处理等领域有着广泛的应用前景。
纳米二氧化钛的制备方法多种多样，其中最常用的方法是溶胶-凝胶法、水热法、气相沉积法等。
溶胶-凝胶法是通过控制溶胶的成分、浓度和pH值等参数来调节纳米二氧化钛的粒径和形貌。
水热法则是利用高温高压条件下的化学反应来合成纳米二氧化钛。
气相沉积法则是通过在气相中将气体或蒸汽转化为固体颗粒。
这些制备方法各有优劣，具体选择方法应根据实际需求来确定。
光触媒纳米二氧化钛在环境净化方面有着广泛的应用。
它可以通过光催化反应将有害气体分解为无害物质，达到净化空气的目的。
例如，将纳米二氧化钛涂覆在建筑物外墙上，可以通过阳光的照射将空气中的有害气体分解为无害物质，起到净化空气的作用。
此外，光触媒纳米二氧化钛还可以用于有机废水的处理，通过光催化反应将有机物降解为无害物质，实现废水的净化和循环利用。
光触媒纳米二氧化钛在抗菌消毒方面也有着广泛的应用。
由于其表面的光催化活性，纳米二氧化钛可以通过光催化反应将细菌的膜破坏，达到抑制和杀灭细菌的作用。
因此，将纳米二氧化钛应用于医疗器械、食品包装等领域可以起到抗菌消毒的效果，提高产品的安全性和卫生质量。
除此之外，光触媒纳米二氧化钛还可以应用于光催化水分解。
通过纳米二氧化钛的光催化作用，可以将水分解为氢气和氧气。
这种方法不仅可以制备清洁可再生的氢能源，还可以解决能源短缺和环境污染等问题，具有重要的应用前景。
纳米TiO2的制备方法与应用
《纳米材料导论》课程报告题目：纳米TiO2的制备方法与应用学生姓名：李玉海学生学号：2010130101025纳米TiO2的制备方法与应用摘要：综述了纳米二氧化钛材料的制备及应用，论文主要根据二氧化钛的表征及性能，深入地讨论了纳米二氧化钛材料的一些制备方法及应用。
从物理法和化学法、或从液相法和气相法，详细地概述了二氧化钛粉体制备。
在诸多性能的分析下，二氧化钛纳米材料在空气净化、废水处理、杀菌消毒、化妆品、涂料、塑料中的应用等方面起到了实际作用。
在写作过程中，本文通过查找各种关于纳米材料以及有关纳米科技的书籍和文献进行论述，充分体现了纳米材料在生活中的应用。
关键词：纳米二氧化钛制备应用前景1. 纳米TiO2的概述钛的氧化物——二氧化钛，是雪白的粉末，是最好的白色颜料，俗称钛白。
以前，人们开采钛矿，主要目的便是为了获得二氧化钛。
钛白的粘附力强，不易起化学变化，永远是雪白的。
特别可贵的是钛白无毒。
它的熔点很高，被用来制造耐火玻璃，釉料，珐琅、陶土、耐高温的实验器皿等。
具有独特的光催化性、优异的颜色效应以及紫外线屏蔽等功能,在光纳米TiO2催化剂、化妆品、抗紫外线吸收剂、功能陶瓷、气敏传感器件等方面具有广阔的应用前景。
1.2纳米TiO2的制备方法纳米TiO2在光催化领域具有举足轻重的地位，因此制备高光催化性能的纳米TiO2一直也是光催化研究的重点内容。
纳米TiO2的制备方法大致可以分为气相法和液相法。
1.2.1气相法气相法是正在开发的一种优良方法，多用于制备纳米级别的粒子或薄膜，该法是使用钛卤化物、钛有机化合物等在加热条件下挥发，经气相反应使生成物沉淀下来。
气相法合成纳米Ti02颗粒具有纯度高、粒度细、分散性好、组分易于控制等优点。
但是气相法由于受能耗大、设备复杂、产品生产成本高、对设备材质及工艺过程要求高等条件限制，在我国要实现工业化生产，还要解决设备材质及一系列制备的工程技术问题。
1.2.2液相法液相法是选择可溶于水或有机溶剂的钛盐，使其溶解并以粒子或分子状态混合均匀，再选择一种合适的沉淀剂或采用蒸发、结晶、升华、水解等过程，将钛离子均匀沉淀后结晶出来，再经脱水或热分解制得粉体。
纳米二氧化钛的制备方法
第26卷第2期山 西 化 工Vol .26 N o .22006年4月SHAN XI CHEM ICA L IND UST RYA pr .2006收稿日期:2005-11-21作者简介:李志军,男,1978年出生,硕士研究生,主要从事材料学方面的研究工作。
综述与论坛纳米二氧化钛的制备方法李志军, 王红英(深圳职业技术学院工业中心,广东 深圳 518055)摘要:综述了纳米二氧化钛的各种制备方法以及研究进展。
关键词:纳米粉体;二氧化钛;制备方法中图分类号:T Q134 文献标识码:A 文章编号:1004-7050(2006)02-0047-03引 言纳米微粒是指颗粒尺寸在1nm ～100nm 的超细微粒。
由于纳米微粒具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和量子隧道效应,因而展现出许多特有的性质,在催化、滤光、光吸收、医药、磁介质及新材料等方面具有广阔的应用前景。
纳米二氧化钛因其具有粒径小、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、所制悬浮液稳定等优点,倍受关注。
制备和开发纳米二氧化钛成为国内外科技界研究的热点[1]。
下面介绍纳米二氧化钛的一些主要的制备方法及其研究进展。
纳米二氧化钛的制备方法可分为气相法和液相法两大类。
1 气相法1.1 TiCl 4氢氧火焰水解法该方法所用原料是TiCl 4、H 2和O 2,是将TiCl 4气体导入高温(700℃～1000℃)的氢氧火焰中进行气相水解,化学反应式为:TiCl 4(g )+2H 2(g )+O 2(g )4TiO 2(s )+4HCl (g )(1)所得到的晶体类型一般是锐钛型和金红石型的混晶型。
优点是:产品纯度高(99.5%)、粒径小(21nm )、表面活性大、分散性好、团聚程度较小。
且过程较短,自动化程度高。
不足之处就是过程温度较高,腐蚀严重,设备材质要求较严,对工艺参数控制要求精确,因此产品成本较高,一般厂家难以承受。
光触媒生产工艺
光触媒生产工艺光触媒是一种可以利用阳光中的紫外线将空气中的污染物转化为无害物质的技术。
光触媒生产工艺主要包括材料准备、涂层制备和材料激活三个步骤。
材料准备是光触媒生产工艺的第一步。
通常采用的光触媒材料是二氧化钛（TiO2），它是一种常见的半导体材料。
在制备光触媒涂层之前，需要将二氧化钛粉末进行处理。
首先，要选择合适的二氧化钛粉末，一般需要具有高纯度和细粒度。
然后，通过磨碎和筛分等方式将粉末的颗粒大小进行调整。
最后，还可以对二氧化钛粉末进行表面改性，以增强其光催化活性。
涂层制备是光触媒生产工艺的第二步。
通过将处理过的二氧化钛粉末制成涂料，并将其涂覆在基材上，形成光触媒涂层。
制备涂料可以通过将二氧化钛粉末与溶剂和添加剂混合而成。
溶剂可以使二氧化钛颗粒更好地分散在涂料中，添加剂可以改善涂层的附着力和稳定性。
制备好的涂料可以通过刷涂、喷涂、印刷等方式涂覆在各种基材上，比如玻璃、金属、陶瓷等。
涂层的厚度可以根据具体需要进行调整。
材料激活是光触媒生产工艺的最后一步。
涂覆好的光触媒涂层需要进行热处理或紫外线照射，实现材料的激活。
热处理可以通过将涂层置于高温的炉腔中进行加热，使材料中的二氧化钛颗粒结晶并形成光催化活性相。
紫外线照射则可以利用紫外灯的照射，激发材料中的电子和空穴，形成光生电子和光生空穴对。
这些光生电子和光生空穴可以参与光催化反应，从而将有害物质转化为无害物质。
总的来说，光触媒的生产工艺包括材料准备、涂层制备和材料激活三个步骤。
通过以上工艺步骤的组合，可以制备出具有高催化活性的光触媒涂层，实现空气净化、抗菌、自洁等功能的应用。
在未来，随着对环境污染的日益关注，光触媒技术将有更广阔的应用前景。
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。
二氧化钛光触媒及其制造方法[发明专利]
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[19]中华人民共和国国家知识产权局[12]发明专利申请公布说明书[11]公开号CN 101209413A [43]公开日2008年7月2日[21]申请号200610170490.5[22]申请日2006.12.31[21]申请号200610170490.5[71]申请人明道管理学院地址中国台湾[72]发明人汪大永 林晓呈 [74]专利代理机构天津三元专利商标代理有限责任公司代理人胡婉明[51]Int.CI.B01J 21/06 (2006.01)B01J 23/70 (2006.01)B01J 37/34 (2006.01)C23C 14/34 (2006.01)权利要求书 2 页 说明书 8 页 附图 4 页[54]发明名称二氧化钛光触媒及其制造方法[57]摘要一种二氧化钛光触媒及其制造方法，是掺杂过渡金属离子的锐钛矿相二氧化钛光触媒，吸收可见光光源而进行光催化反应，以发挥抗癌、脱臭、防雾、去污、杀菌等功效；其通过溶胶制备、薄膜披覆、干燥烧结、表面改质等步骤实现；先采用溶胶凝胶法制出二氧化钛凝胶；通过薄膜披覆的旋转涂布机将二氧化钛凝胶均匀涂布于玻璃基材上；将涂布有二氧化钛凝胶的玻璃基材置于高温炉中，加热去除杂质，控制温度令二氧化钛形成锐矿钛结晶；利用金属电浆离子植入系统，将预定的过渡金属离子植入二氧化钛表面，达到表面改质效果；其价带与传导带的能带间隙为2.2eV～2.4eV左右，对可见光波长范围中的光源吸收效果提升，抗菌率为97％左右，亲水性增强，实用性广泛。
200610170490.5权 利 要 求 书第1/2页 1.一种二氧化钛光触媒，其特征在于，在二氧化钛中植入过渡金属离子，形成一含有掺杂过渡金属离子的二氧化钛光触媒，令该二氧化钛光触媒可被可见光催化。
2.根据权利要求1所述的二氧化钛光触媒，其特征在于，所述植入的过渡金属离子包括由铜、镍、钒、铁所构成群族中的至少一种；所述植入的过渡金属离子剂量为1015～1016dose/cm2；所述过渡金属离子植入的方式是利用金属电浆离子植入系统完成。
可见光光触媒(纳米二氧化钛)的制备
光电催化技术是从世纪年代逐步发展起来地一门新兴环保技术. 它利用半导体氧化物材料在光照下表面能受激活化地特性, 利用光能可有效地氧化分解有机物、还原重金属离子、杀灭细菌和消除异味. 由于光催化技术可利用太阳能在室温下发生反应,比较经济；光催化剂自身无毒、无害、无腐蚀性,可反复使用;可将有机污染物完全矿化成和无机离子, 无二次污染，所以有着传统地高温、常规催化技术及吸附技术无法比拟地诱人魅力, 是一种具有广阔应用前景地绿色环境治理技术.虽然在纳米半导体光催化地理论和应用方面，人们已作了大量研究，并且在环境污染物地治理方面已有产品和设备问世.但目前在光催化体系地研究中仍存在许多理论和技术问题没有得到解决，纳米半导体光催化在环境污染物地实际治理应用方面还没有实现大规模地工业应用.存在地主要问题及其未来地发展方向主要体现在：首先是提高光催化剂活性，这也是众多科技工作者多年来一直追求地目标，并且已经取得了重要地成果.其次扩展催化剂地光反应范围也是目前研究地热门和未来地一大发展方向.通常只能被波长小于地近紫外光激发，而照射到地球表面地太阳光只有能达到该要求.为了更充分利用廉价、绿色地太阳光，降低能耗，研制对可见光有活性地新催化剂，具有重要地实际意义.再者催化剂地现有制备方法及制备条件苛刻，工艺设备复杂，成本高，在一定程度上影响了催化剂地推广与应用.文档来自于网络搜索为了扩展催化剂地光谱范围，人们积极对进行改性，利用能隙不同但又相近地两种半导体之间光生载流子地输送与分离有效地提高催化剂地光催化活性，制备出复合半导体如、、、、、等，对光催化剂进行非金属掺杂也可将催化剂地激发范围扩展到可见光区，如制备单一地碳掺杂或氮掺杂都可以改变二氧化钛地光谱响应范围，但其制备方法条件苛刻，操作复杂，处理时间太长，制备温度高，耗时耗能，价格昂贵，极大地影响了纳米二氧化钛地推广应用.文档来自于网络搜索河南工业大学李道荣教授利用不同温度下介质地溶解度地差异，以无机钛为原料，一次制备同时掺氮掺碳地可见光光触媒（纳米二氧化钛）. 该项目在河南华荣环保科技有限公司通过中试，产品在紫外及可见光区均有很强地吸收，且吸收带大幅度红移，带隙能降低.在自然光下即可分解甲醛等有害污染物，并具有很强地杀菌消毒功能.产品用途广泛，预期经济、社会效益良好.文档来自于网络搜索一、该项目研究地目地意义近年来，半导体多相光电催化作为一项新地污染治理技术，日益受到重视.它在废水处理中地应用潜力，已有许多文献报道.大量研究证实，染料、表面活性剂、有机卤化物、农药、油类、氰化物等都能有效地进行光催化反应，脱色、去毒，矿化为无机小分子物质，从而消除对环境地污染.目前，光催化消除和降解污染物成为其中最为活跃地一个研究方向.文档来自于网络搜索虽然在纳米半导体光电催化地理论和应用方面，人们已作了大量研究，并且在环境污染物地治理方面已有产品和设备问世.例如，研制出地薄膜；含地纸；自清洁含镀层玻璃灯罩；用于水处理地流型光反应器等等.但目前在光电催化体系地研究中仍存在许多理论和技术问题没有得到解决，正因如此，目前纳米半导体光电催化在环境污染物地实际治理应用方面还没有实现大规模地工业应用.存在地主要问题及其未来地发展方向主要体现在：首先，是提高光催化剂活性，这也是众多科技工作者多年来一直追求地目标.其次，扩展催化剂地光反应范围也是目前研究地热门和未来地一大发展方向.通常只能被波长小于地近紫外光激发，而照射到地球表面地太阳光只有能达到该要求.为了更充分利用廉价、绿色地太阳光，降低能耗，研制对可见光有活性地新催化剂，具有重要地实际意义.再者，催化剂地现有制备方法及制备条件苛刻，工艺设备复杂，成本高，在一定程度上影响了催化剂地推广与应用.文档来自于网络搜索二氧化钛（）由于具有优异地光化学性能，且稳定性好，无毒和成本低等特点，作为光电催化材料得到了深入地研究.但其禁带（）较宽，可见光响应差，只有波长小于地紫外光才能使其激发产生光生电子－空穴对，因而其太阳能利用率低（约～）.如何提高可见光催化效率和量子效率是光电催化研究地重要课题.文档来自于网络搜索为了扩展催化剂地光谱范围，人们积极对进行改性，利用能隙不同但又相近地两种半导体之间光生载流子地输送与分离有效地提高催化剂地光催化活性，主要有贵金属沉积、离子掺杂、半导体复合、有机染料光敏化催化等.制备出复合半导体如、、、、、.其中离子掺杂是以物理或化学地方法将离子引入到晶格结构中，改变其电荷密度分布，形成缺陷或改变晶格类型，改变其能带结构，改善其光催化性能.离子掺杂修饰包括金属离子和非金属离子掺杂，采用金属掺杂（如贵金属、过渡金属和稀土金属）改性地研究相对较多，但金属离子掺杂往往具有热不稳定性，且载流子复合速率增加，从而牺牲其在区地光催化能力.年，等报道了掺杂光催化剂－地制备，将催化剂地光激发波长扩展到可见光区，并保持其区催化活性不变，引发了采用非金属对光催化剂进行改性地热潮.对光催化剂进行无机掺杂将催化剂地光激发范围扩展到可见光区，是近期研究地一大热点方向.通过在二氧化钛中掺入非金属离子,如、、、、、、和等，来提高二氧化钛在可见光下地光催化活性受到了众多学者地广泛关注，其中氮地掺杂研究最多.文档来自于网络搜索二、非金属改性光电催化剂地机理具有较宽地能带间隙，只有在紫外光下才具有光催化活性，为使其具有可见光催化活性，必须直接或间接改变其能带结构，缩小其能带间隙.采用元素掺杂提高地可见光催化活性都是基于提高其光生电子－空穴地分离效率，抑制电子－空穴地重新结合来提高其量子效率.对于元素掺杂可见光催化，国外提出了晶格缺陷理论来进行解释，该理论认为适当地元素掺杂能够在价带和导带之间形成一个缺陷能量状态，而这种缺陷能量状态可能靠近价带，也可能靠近导带.这种缺陷能带为光生电子提供了一个跳板，从而可以利用能量较低地可见光激发价带电子而传输到导带，使吸收边向可见光移动. 等首次报道了用非金属掺入，从而获得优异地可见光活性，提出了为使掺杂具有可见光催化活性所必须具备地个条件：（）掺杂能够在带隙间形成能吸收可见光地状态；（）掺杂后地导带能级最小值应该和相等，或者比地电极电位高，以保证催化剂光还原活性；（）新产生地带隙状态应该和地带隙状态充分重叠，从而保证光生载流子在其周期内被传递到催化剂表面进行反应.而目前普遍认为非金属掺杂可见光响应机理，是通过非金属掺杂后，由于轨道与非金属中能级与其接近地轨道杂化后，价带宽化上移，禁带宽度相应减小，从而吸收可见光.文档来自于网络搜索非金属元素掺杂可以不降低其紫外光催化活性而获得较好地可见光催化性能.催化活性地提高均是通过改变地能带结构来实现地.虽然对光催化剂进行了多方面研究，但不论是基础研究还是应用研究都还有许多问题尚待解决，如掺杂类型选择、掺杂工艺优化等.实现真正意义上地可见光催化还有待科研人员地共同努力.文档来自于网络搜索三、非金属掺杂改性地制备方法目前制备氮掺杂二氧化钛地方法主要有溅射法、高温焙烧法、钛醇盐水解法、机械化学法和加热含、地有机前驱体法等.文档来自于网络搜索. 溅射法溅射是在真空下电离惰性气体形成等离子体，离子在靶偏压地吸引下，轰击靶材，溅射出靶材离子沉积到基片上.磁控溅射利用交叉电磁场对二次电子地约束作用，使二次电子与工作气体地碰撞电离几率大大增加，提高了等离子体地密度.按磁控溅射中使用地离子源地不同，分为直流反应磁控溅射、交流反应磁控溅射、脉冲磁控溅射、射频磁控溅射、微波(电子回旋共振) 、等离子增强磁控溅射等.文档来自于网络搜索. 高温焙烧法高温焙烧法是将二氧化钛或二氧化钛前驱体在空气或含氮地气氛(，或是与气地混合气体) 中煅烧，通过控制温度等条件制备含氮量不同地二氧化钛.文档来自于网络搜索. 钛醇盐水解法钛醇盐水解法是指含地醇盐前驱体直接在含氮地水溶液中水解或者钛地醇盐水解后再与含氮地物质反应，从而制备得到掺杂氮地二氧化钛.该方法通常不需要非常高温度即可达到掺杂地目地.文档来自于网络搜索. 机械化学法机械化学法() 是指通过压缩、剪切、摩擦、延伸、弯曲、冲击等手段,对固体、液体、气体物质施加机械能，从而诱发这些物质地物理化学性质变化或使其与周围环境中物质发生化学反应.如：以和胱氨酸() 为原料，通过高能球磨地机械化学方法制备了氮掺杂地二氧化钛，氮地掺杂使催化剂在可见光区域地吸收明显增强，在波长大于地可见光照射下仍能有效氧化一氧化氮.文档来自于网络搜索．加热含、地有机前驱体该方法是用钛盐与含氮有机物发生反应，得到含有键地有机前驱体，最后在不同地温度和气氛中煅烧，得到掺氮.文档来自于网络搜索四、结论受河南省科技厅委托，河南省教育厅组织有关专家于年月日对“可见光光触媒纳米二氧化钛地制备”项目进行了成果鉴定.鉴定委员会听取了项目组成员地汇报，审阅了鉴定资料，经质疑答辩形成以下鉴定意见：文档来自于网络搜索. 利用廉价地无机钛，一次制备同时掺氮掺碳纳米二氧化钛可见光光电催化材料.产品在可见光区地吸收带大幅度红移，带隙能降低.该材料不仅具有很好地可见光催化活性，而且具有良好地光电转换及光致发光性能.经中国科学技术信息研究所查新，未见有与该项目查新点完全相同地国内外文献报道，产品居国际领先水平.文档来自于网络搜索. 产品地合成方法简单，原料易得、经济、实用.. 制备工艺简单，工序短，粒径分布均匀，催化活性高，适合大规模工业化生产.. 经用户试用，在室内自然光下即可分解室内甲醛等污染物，并对有机废水处理效果良好. ．产品用途广泛，预期经济、社会效益良好.．提供技术资料齐全，符合鉴定要求.。
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成果名称：可见光光触媒（纳米二氧化钛）的制备光电催化技术是从20 世纪70 年代逐步发展起来的一门新兴环保技术。
它利用半导体氧化物材料在光照下表面能受激活化的特性, 利用光能可有效地氧化分解有机物、还原重金属离子、杀灭细菌和消除异味。
由于光催化技术可利用太阳能在室温下发生反应,比较经济；光催化剂TiO2自身无毒、无害、无腐蚀性,可反复使用;可将有机污染物完全矿化成H2O 和无机离子, 无二次污染，所以有着传统的高温、常规催化技术及吸附技术无法比拟的诱人魅力, 是一种具有广阔应用前景的绿色环境治理技术。
虽然在TiO2纳米半导体光催化的理论和应用方面，人们已作了大量研究，并且在环境污染物的治理方面已有产品和设备问世。
但目前在光催化体系的研究中仍存在许多理论和技术问题没有得到解决，TiO2纳米半导体光催化在环境污染物的实际治理应用方面还没有实现大规模的工业应用。
存在的主要问题及其未来的发展方向主要体现在：首先是提高光催化剂活性，这也是众多科技工作者多年来一直追求的目标，并且已经取得了重要的成果。
其次扩展催化剂的光反应范围也是目前研究的热门和未来的一大发展方向。
通常TiO2只能被波长小于387.5 nm的近紫外光激发，而照射到地球表面的太阳光只有5%能达到该要求。
为了更充分利用廉价、绿色的太阳光，降低能耗，研制对可见光有活性的新催化剂，具有重要的实际意义。
再者催化剂的现有制备方法及制备条件苛刻，工艺设备复杂，成本高，在一定程度上影响了催化剂的推广与应用。
为了扩展催化剂的光谱范围，人们积极对TiO2进行改性，利用能隙不同但又相近的两种半导体之间光生载流子的输送与分离有效的提高催化剂的光催化活性，制备出复合半导体如TiO2/ SnO2、TiO2/ SiO2、TiO2/ZrO2、Ln2O3/ TiO2、TiO2/Al2O3、ZnO /TiO2等，对光催化剂进行非金属掺杂也可将催化剂的激发范围扩展到可见光区，如制备单一的碳掺杂或氮掺杂都可以改变二氧化钛的光谱响应范围，但其制备方法条件苛刻，操作复杂，处理时间太长，制备温度高，耗时耗能，价格昂贵，极大地影响了纳米二氧化钛的推广应用。
河南工业大学李道荣教授利用不同温度下介质的溶解度的差异，以无机钛为原料，一次制备同时掺氮掺碳的可见光光触媒（纳米二氧化钛）。
该项目在河南华荣环保科技有限公司通过中试，产品在紫外及可见光区均有很强的吸收，且吸收带大幅度红移，带隙能降低。
在自然光下即可分解甲醛等有害污染物，并具有很强的杀菌消毒功能。
产品用途广泛，预期经济、社会效益良好。
一、该项目研究的目的意义近年来，半导体多相光电催化作为一项新的污染治理技术，日益受到重视。
它在废水处理中的应用潜力，已有许多文献报道。
大量研究证实，染料、表面活性剂、有机卤化物、农药、油类、氰化物等都能有效地进行光催化反应，脱色、去毒，矿化为无机小分子物质，从而消除对环境的污染。
目前，光催化消除和降解污染物成为其中最为活跃的一个研究方向。
虽然在TiO2纳米半导体光电催化的理论和应用方面，人们已作了大量研究，并且在环境污染物的治理方面已有产品和设备问世。
例如，研制出的TiO2薄膜；含TiO2的纸；自清洁含TiO2镀层玻璃灯罩；用于水处理的流型光反应器等等。
但目前在光电催化体系的研究中仍存在许多理论和技术问题没有得到解决，正因如此，目前TiO2纳米半导体光电催化在环境污染物的实际治理应用方面还没有实现大规模的工业应用。
存在的主要问题及其未来的发展方向主要体现在：首先，是提高光催化剂活性，这也是众多科技工作者多年来一直追求的目标。
其次，扩展催化剂的光反应范围也是目前研究的热门和未来的一大发展方向。
通常TiO2只能被波长小于387.5 nm的近紫外光激发，而照射到地球表面的太阳光只有5%能达到该要求。
为了更充分利用廉价、绿色的太阳光，降低能耗，研制对可见光有活性的新催化剂，具有重要的实际意义。
再者，催化剂的现有制备方法及制备条件苛刻，工艺设备复杂，成本高，在一定程度上影响了催化剂的推广与应用。
二氧化钛（TiO2）由于具有优异的光化学性能，且稳定性好，无毒和成本低等特点，作为光电催化材料得到了深入的研究。
但其禁带（3.2 eV）较宽，可见光响应差，只有波长小于387.5 nm的紫外光才能使其激发产生光生电子－空穴对，因而其太阳能利用率低（约3～5%）。
如何提高可见光催化效率和量子效率是TiO2光电催化研究的重要课题。
为了扩展催化剂的光谱范围，人们积极对TiO2进行改性，利用能隙不同但又相近的两种半导体之间光生载流子的输送与分离有效的提高催化剂的光催化活性，主要有贵金属沉积、离子掺杂、半导体复合、有机染料光敏化催化等。
制备出复合半导体如TiO2/ SnO2、TiO2/ SiO2、TiO2/ZrO2、Ln2O3/ TiO2、TiO2-Al2O3、ZnO /TiO2。
其中离子掺杂是以物理或化学的方法将离子引入到TiO2晶格结构中，改变其电荷密度分布，形成缺陷或改变晶格类型，改变其能带结构，改善其光催化性能。
离子掺杂修饰TiO2包括金属离子和非金属离子掺杂，采用金属掺杂（如贵金属、过渡金属和稀土金属）改性TiO2的研究相对较多，但金属离子掺杂TiO2往往具有热不稳定性，且载流子复合速率增加，从而牺牲其在UV区的光催化能力。
2001年，Asahi等报道了N掺杂TiO2光催化剂Ti2－x N x的制备，将TiO2催化剂的光激发波长扩展到可见光区，并保持其UV区催化活性不变，引发了采用非金属对TiO2光催化剂进行改性的热潮。
对光催化剂进行无机掺杂将催化剂的光激发范围扩展到可见光区，是近期研究的一大热点方向。
通过在二氧化钛中掺入非金属离子,如B、C、N、S、F、Cl 、Br 和I 等，来提高二氧化钛在可见光下的光催化活性受到了众多学者的广泛关注，其中氮的掺杂研究最多。
二、非金属改性TiO2 光电催化剂的机理TiO2 具有较宽的能带间隙，只有在紫外光下才具有光催化活性，为使其具有可见光催化活性，必须直接或间接改变其能带结构，缩小其能带间隙。
采用元素掺杂提高TiO2的可见光催化活性都是基于提高其光生电子－空穴的分离效率，抑制电子－空穴的重新结合来提高其量子效率。
对于元素掺杂可见光催化，国外提出了晶格缺陷理论来进行解释，该理论认为适当的元素掺杂能够在价带和导带之间形成一个缺陷能量状态，而这种缺陷能量状态可能靠近价带，也可能靠近导带。
这种缺陷能带为光生电子提供了一个跳板，从而可以利用能量较低的可见光激发价带电子而传输到导带，使吸收边向可见光移动。
Asahi 等首次报道了用非金属N 掺入TiO2，从而获得优异的可见光活性，提出了为使掺杂TiO2 具有可见光催化活性所必须具备的3个条件：（1）掺杂能够在TiO2带隙间形成能吸收可见光的状态；（2）掺杂后的导带能级最小值应该和TiO2相等，或者比H2/H2O 的电极电位高，以保证催化剂光还原活性；（3）新产生的带隙状态应该和TiO2的带隙状态充分重叠，从而保证光生载流子在其周期内被传递到催化剂表面进行反应。
而目前普遍认为非金属掺杂TiO2可见光响应机理，是通过非金属掺杂后，由于O2p轨道与非金属中能级与其接近的p 轨道杂化后，价带宽化上移，禁带宽度相应减小，从而吸收可见光。
非金属元素掺杂可以不降低其紫外光催化活性而获得较好的可见光催化性能。
催化活性的提高均是通过改变TiO2的能带结构来实现的。
虽然对TiO2光催化剂进行了多方面研究，但不论是基础研究还是应用研究都还有许多问题尚待解决，如掺杂类型选择、掺杂工艺优化等。
实现真正意义上的可见光催化还有待科研人员的共同努力。
三、非金属掺杂改性的制备方法目前制备氮掺杂二氧化钛的方法主要有溅射法、高温焙烧法、钛醇盐水解法、机械化学法和加热含Ti 、N 的有机前驱体法等。
1. 溅射法溅射是在真空下电离惰性气体形成等离子体，离子在靶偏压的吸引下，轰击靶材，溅射出靶材离子沉积到基片上。
磁控溅射利用交叉电磁场对二次电子的约束作用，使二次电子与工作气体的碰撞电离几率大大增加，提高了等离子体的密度。
按磁控溅射中使用的离子源的不同，分为直流反应磁控溅射、交流反应磁控溅射、脉冲磁控溅射、射频磁控溅射、微波-ECR(电子回旋共振) 、等离子增强磁控溅射等。
2. 高温焙烧法高温焙烧法是将二氧化钛或二氧化钛前驱体在空气或含氮的气氛(NH3，N2或是NH3与Ar气的混合气体) 中煅烧，通过控制温度等条件制备含氮量不同的二氧化钛。
3. 钛醇盐水解法钛醇盐水解法是指含Ti 的醇盐前驱体直接在含氮的水溶液中水解或者钛的醇盐水解后再与含氮的物质反应，从而制备得到掺杂氮的二氧化钛。
该方法通常不需要非常高温度即可达到掺杂的目的。
4. 机械化学法机械化学法(mechanochemica1) 是指通过压缩、剪切、摩擦、延伸、弯曲、冲击等手段,对固体、液体、气体物质施加机械能，从而诱发这些物质的物理化学性质变化或使其与周围环境中物质发生化学反应。
如：以P25 和胱氨酸(HMT) 为原料，通过高能球磨的机械化学方法制备了氮掺杂的二氧化钛，氮的掺杂使催化剂在可见光区域的吸收明显增强，在波长大于510 nm的可见光照射下仍能有效氧化一氧化氮。
5．加热含Ti、N的有机前驱体该方法是用钛盐与含氮有机物发生反应，得到含有Ti -N 键的有机前驱体，最后在不同的温度和气氛中煅烧，得到掺氮TiO2 .四、结论受河南省科技厅委托，河南省教育厅组织有关专家于2009年5月16日对“可见光光触媒纳米二氧化钛的制备”项目进行了成果鉴定。
鉴定委员会听取了项目组成员的汇报，审阅了鉴定资料，经质疑答辩形成以下鉴定意见：1. 利用廉价的无机钛，一次制备同时掺氮掺碳纳米二氧化钛可见光光电催化材料。
产品在可见光区的吸收带大幅度红移，带隙能降低。
该材料不仅具有很好的可见光催化活性，而且具有良好的光电转换及光致发光性能。
经中国科学技术信息研究所查新，未见有与该项目查新点完全相同的国内外文献报道，产品居国际领先水平。
2. 产品的合成方法简单，原料易得、经济、实用。
3. 制备工艺简单，工序短，粒径分布均匀，催化活性高，适合大规模工业化生产。
4. 经用户试用，在室内自然光下即可分解室内甲醛等污染物，并对有机废水处理效果良好。
5．产品用途广泛，预期经济、社会效益良好。
6．提供技术资料齐全，符合鉴定要求。