二氧化钛的制备方法

纳米 !"#$光催化剂的制备方法

方世杰

徐明霞

（天津大学材料学院，天津

%&&&’$）

摘

要

介绍了二氧化钛粉体和薄膜的制备技术，比较了各种方法的优缺点。其中对液相法作了较为全面的介绍。

关键词

纳米 !"#$催化剂

气相法

液相法

国家自然科学基金资助项目（(&&’$&)*）；天津市自然科学基金资助（&)%+&%,))）作者简介：方世杰（)-’+ . ），男，硕士/

)

引言

纳米 !"#$光催化剂是一种新型的并且正在

迅速发展的高效光谱催化剂，成为近年来环保技

术中的一个研究热点。一种良好的催化剂必须具

有很大的催化表面，并且有很高的光子利用率。

当 !"#$达到纳米时，会表现出更优良的光催化降

解性能。关于纳米 !"#$的制备技术已有很多论

述，本文试图对近年来纳米二氧化钛的制备技术

作一个综述。

$

!"#$纳米粉体的制备

目前制备 !"#$纳米微粒的方法有很多种，根

据对所要求制备微粒的性状、结构、尺寸、晶型、用

途，采用不同的制备方法。按照原料的不同大致

分为 $ 类：气相法和液相法。但无论采用何种方

法，制备纳米粒子都有如下要求［)］：表面光洁；粒

子的形状及粒径、粒度分布可控，粒子不易团聚；

易于收集；热稳定性优良；产率高。

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气相法

气相法是直接利用气体或通过各种手段将物

质变为气体，使之在气态下发生物理变化或化学

变化，最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米粒子

的方法。气相法的特点是粉体纯度高、颗粒尺寸

小、颗粒团聚少、组分更易控制。

$/)/)

化学气相沉积法（012）

［$］

化学气相法制备纳米 !"#$的初级过程包括：

气相化学反应、表面反应、均相成核、非均相成核、

凝结聚集或融合。气相反应所需的母体有 $ 类：

!"03*和钛醇盐。化学反应可分为 * 类。

（)）!"03*与 #$氧化，化学反应方程式为：

!"03* （4）5 #$ （4）6 !"#$5 $03$

7 !"#$ （4）6（!"#$）7 （8）

（$）钛醇盐直接热裂法［%］，化学反应方程式

为：

!" （#9）*6 !"#$5 *07:$75 $:$#

（%）钛醇盐气相水解法（气溶胶法），化学反应

方程式为：

!" （#9）*5 $:$# 6 !"#$5 *9#:

（*）气相氢火焰法，化学反应方程式为：

!"03*5 $:$5 #$6 !"#$5 *:03

$/$/$

激光 012 法

激光 012 法也是一种很好的制备方法。在

,& 年代由美国的 :;44<=>［)］提出，目前该法已合成

出一批具有颗粒粒径小、不团聚、粒径分布窄等优

点的超细粉，产率较高。? 2;@"A 0;8<>［*］对激光

012 法进行了进一步的研究指出，在激光 012 法

中，用 !" （=B#C=）*作反应物要比采用 !" （#BDE）*效果要好，!" （=B#C=）*是一种很有前途的反应物。

$/$/%

等离子 012 法

等离子 012 法是利用等离子体产生的超高

温激发气体发生反应，同时利用等离子体高温区

,

%

硅酸盐通报

!##! 年第 ! 期

综合与述评

万方数据

与周围环境巨大的温度梯度，通过急冷作用得到

纳米颗粒。该方法有 ! 个特点：

（"）产生等离子体

时没有引入杂质，因此生成的纳米粒子纯度较高；

（!）等离子体所处空间大，气体流速慢，致使反应

物在等离子空间停留时间长，物质可以充分加热

和反应。

气相法制备的纳米 #$%!具有粒度好、化学活

性高、粒子呈球形、凝聚粒子小、可见透光性好及

吸收紫外线以外的光能力强等特点，但产率低，成

本高。因而制备纳米 #$%!光催化剂多采用液相

法。

&

液相法

液相法是生产各种氧化物微粒的主要方法。

它的基本原理是：选择一种或多种合适的可溶性

金属盐，按所制备的材料组成计量配制溶液，再选

择一种沉淀剂（或用蒸发、升华、水解等方法）使金

属离子均匀沉淀（或结晶出来）。液相制备纳米

#$%!又可分为溶胶’凝胶法（()*’+,*）、沉淀法、醇

盐水解法等。

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溶胶’凝胶法（()*’+,*）

关于溶胶’凝胶法（()*’+,*）制备纳米 #$%!的

报道已有很多［. / 0］。这种方法是以钛醇盐为原

料，无水乙醇为有机溶剂，制得均匀溶胶，加入一

定量的酸，起抑制水解的作用，再浓缩成透明凝

胶，经干燥热处理即可得 #$%!纳米粒子。该法制

得的产品纯度高，颗粒细，烘干后颗粒自身的烧结

温度低，但凝胶颗粒之间烧结性差，块状材料烧结

性不好，干燥时收缩大。

罗菊等人［1］以钛酸丁酯 #$ （%’23）4为原料，

无水乙醇作为有机溶剂，采用溶胶’凝胶法成功地

制备了平均粒度为 . / "056 的锐钛矿型 #$%!纳

米粉末。经热重分析（#+）、差示扫描热分析

（7(8）、9 射线衍射（9:7）、透射电镜（#;<）等手

段研究了其微观结构及形貌随着热处理温度变化

的规律，指出当热处理温度高于 ..=> 时，纳米

#$%!粉末的颗粒及晶粒迅速长大，并开始出现金

红石结构的 #$%!晶粒。?-@-

后，经过热力学控制和水热处理，得到了 !- & /

&=56 的锐钛矿 #$%!纳米粉末。并且还指出通过

控制水的浓度，可以获得可控晶粒尺寸、团聚尺寸

的纳米 #$%!光催化剂。

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沉淀法

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共沉淀法

化学共沉淀法所用的反应物为无机物，如

#$8*4，#$ （(%4）!，#$%(%4，该法是最经济的方法。汪国忠［""］等人以 #$8*4为原料制备了不同粒度的锐

钛矿相纳米 #$%!粉末。在共沉淀体系中加入一

些添加剂，控制共沉淀反应的微环境，使共沉淀反