TiO2制备及其改性 综述
TiO2纳米材料的改性及其光催化性能研究
TiO2纳米材料的改性及其光催化性能研究TiO2是一种广泛应用于光催化领域的半导体材料，其广泛应用主要归功于其良好的化学稳定性、光催化性能和较低的成本。
然而，TiO2的光催化活性主要集中在紫外光区域，限制了其在可见光范围内的应用。
因此，对于纳米TiO2材料的改性研究变得尤为重要，以提高其可见光催化性能，并扩大其应用范围。
研究表明，改性TiO2纳米材料可以通过掺杂、表面修饰以及复合等方法来实现。
其中，掺杂是最常用的改性策略之一。
通过引入铁、氮、碳等元素来改变TiO2的能带结构，可以使其光催化活性发生显著改善。
铁掺杂的TiO2在可见光催化领域具有良好的应用前景。
研究发现，铁掺杂的TiO2具有更窄的能带间隙，能够吸收更多的可见光，并产生更多的电子-空穴对，从而提高催化活性。
同时，还有研究表明，通过调节铁掺杂浓度和制备条件，可以进一步提高光催化性能。
表面修饰也是改性TiO2纳米材料的重要策略之一。
常见的表面修饰方法包括溶液热处理、沉积溶胶、负载其他半导体等。
例如，通过溶液热处理可以在TiO2表面形成一层导电聚合物薄膜，改善其可见光催化性能。
通过沉积溶胶可以在TiO2表面引入二氧化铕、氧化亚铜等光敏剂，增强其可见光催化活性。
此外，将其他半导体负载在TiO2纳米材料上，可以通过协同作用来提高光催化性能，例如Pt-TiO2和Ag-TiO2等复合材料。
此外，纳米TiO2的复合改性也是提高其光催化性能的重要手段之一。
常见的复合改性方法包括纳米TiO2与碳材料的复合、纳米TiO2与其他半导体的复合等。
例如，将纳米TiO2与石墨烯、碳纳米管等碳材料复合，可以通过增加可见光吸收和电子传输来提高光催化性能。
此外，将纳米TiO2与ZnO、CdS等其他半导体复合，也可以通过异质结构的形成来提高光催化活性。
综上所述，纳米TiO2材料的改性研究对于提高其光催化性能以及拓宽应用领域具有重要意义。
掺杂、表面修饰和复合是常用的改性策略，通过这些方法可以有效地调控纳米TiO2的能带结构、光吸收性能和电子传输性能。
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。
TiO2的制备方法综述
纳米TiO2的制备方法综述纳米二氧化钛是一种新型的无机材料,粒径在10nm～50nm，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、对人体无毒、价格低廉等优点，故其在诸多半导体光催化剂中脱颖而出，应用领域至今已遍及有机废水的降解、重金属离子的还原、空气净化、杀菌、防雾等众多方面。
由于其独特的性能和广泛的用途 , 纳米二氧化钛受到了国内外科学界的高度重视。
目前，纳米二氧化钛的制备根据反应物的相态，可以分为固相法、气相法和液相法，其中液相法是比较常用的一种制备方法固相法合成纳米二氧化钛是利用热分解或固相—固相的变化来进行的。
基础的固相法是钛或钛的氧化物按一定的比例充分混合 ,研磨后进行煅烧 ,通过发生固相反应直接制得纳米TiO2粉体 ,或者是再次粉碎得到TiO2纳米粉体。
固相法主要包括热分解法，固相反应法，火花放电法等。
固相法的主要优点是：经济，工艺过程和设备简单，但是耗能较大；由于固相反应反应不充分，因此产物的纯度不能得到很好的保证；此外由于固相法一般需要高温煅烧，得到的产物一般粒度大且分布不均匀。
因此，固相法只适用于对产品纯度和粒度要求不高的情况。
气相法指直接利用气体或者通过各种手段将物质变为气体 ,使之在气体状态下发生物理或化学反应 , 最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米TiO2的方法。
用气相法制备的二氧化钛纳米粒子具有粒度细、化学活性高、粒子呈球形、单分散性好、凝聚粒子少、可见光透过性好、吸收紫外线的能力强等特点，易于工业放大，实现连续生产。
目前常见的方法有气相合成法和气相沉积法。
气相合成法是一种传统的方法。
其生产原理如下：Ti+2Cl2=TiCl4TiCl4+2H2+O2=TiO2+4HCl↑与其他方法相比，气相氢氧焰水解法[1]有以下优点：原料TiCl4获得容易，产品无需粉碎，生成的例子凝聚少，纯度高，粒度小，且粒度分布均匀。
纳米TiO_2光催化剂的制备及改性研究
广州化工
・７ ２・
纳 米 ｉ，光 催 化 剂 的 制 备 及 改 性 研 究 ＴＯ， 二
黄宏宇 ，秦
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林 芝 ８００ ；２北 京华 油油 气技 术 开发有 限公 司，北京 １０８ ） ６０ ０ ００８
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｈ ｅ ｅ ｒ ｈ ｐ ｏ ｒ ｓ ｆＴ Ｏ ｈ ｔ ｃ ｔｌｓｓ ｔｃ ｎ ｌｇ ａ ｅ ｉｗ ｄ，ｔ ｅ ｐ ｏｏ ａ ａｙ ｉ ｍｅ ｈ ｎ ｓ ｄ ｓｒ ｃ ：Ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｒ ｇ ｅ ｓ ｏ ｉ ２ｐ ｏｏ ａａ ｙ ｉ ｅ ｈ ｏｏ ｗ ｓ ｒ ｖｅ ｅ ｙ ｈ ｈ ｔ ｃ ｔｌ ｔ ｃ ａ ｉｍ ａ ｃ ｎ ｐ ｅ ａａ ｉｎ ｍｅ ｈ ｄ ｆＴ Ｏ２ ｈ ｔｃ ｔｌｓ ｒ ｉ ｕ ｓ ｄ，ｔ ｅＴ Ｏ２ ｈ ｔｃ ｔｌｔ ｅ ｈ ｏｏ ｅ ｅ ｃ ｉ ｃｉ ｎ ａ ｄ ｄ ｖ ｌ ｒ ｐ ｒ ｔ ｔ ｏ ｓ ｏ ｉ ｏ ｏ ａａ ｙ ｔ ｏ ｐ ｗｅｅ ｄ ｓ ｓ ｅ ｃ ｈ ｉ ｏ ｏ ａａ ｙｉ ｔｃ ｎ ｌ ｇ ｒ ｓ ａ ｈ ｄ ｒ ｔ ｅ ｅ — ｐ ｅ ｙ ｒ ｅ ｏ ｎ
摘 要 ： 综述了国内外 Ｔ ｉ 光催化技术的研究进展， Ｏ 讨论了ＴＯ 光催化的机理、ｉ 光催化剂的制备方法； Ｔ ： ｉ ＴＯ 对 ｉ 光催化技 Ｏ
术的研究方 向及光催化技术 的发展前景进行 了分析 。
关键 词 ：ｉ 半导体； ＴＯ ； 光催化
Ｓｙ ｈｅ ｉ ｎ ｏ ｉ ｃ ｔｏ ｆＮａ ｏ ２Ｐｈ ｔ ｃ ｔ ｌ ｓｓ ｎｔ ｓｓａ ｄ Ｍ ｄ ｆ ａ ｉ ｎ ｏ ｎｏ Ｔｉ ｏ ｏ ａ ａｙ ｔ ｉ
ＨＵＡＮＧ ｎ —ｙ ｌ Ｈｏ ｇ ｕ
纳米TiO2光催化剂的制备、改性及其应用研究
纳米TiO2光催化剂的制备、改性及其应用研究近年来，纳米材料在化学、生物、环境科学等领域中得到了广泛的研究和应用。
其中，纳米二氧化钛（TiO2）作为一种重要的光催化剂，具有高效、可再生和环境友好等特点，在环境净化、能源产生和分解有机物等方面具有广阔的应用前景。
本文将重点探讨纳米TiO2光催化剂的制备方法、改性途径及其应用研究。
一、纳米TiO2光催化剂的制备方法一般来说，制备纳米TiO2的方法可以分为物理法和化学法两类。
物理法主要采用物理化学方法，如溶胶-凝胶法、热分解法、气相沉积法等；化学法则是指溶胶法、水热法、反应混合物法等。
这些方法不仅能够控制纳米颗粒的尺寸和形貌，还能够改变其相结构和晶格缺陷，以调控纳米颗粒的光催化性能。
二、纳米TiO2光催化剂的改性途径为了提高纳米TiO2的光催化活性和稳定性，许多研究者通过改性方法对其表面进行处理。
常见的改性手段包括：掺杂、复合、修饰以及载体的选择等。
掺杂是指将一些金属、非金属元素掺入TiO2晶格中，以调控其能带结构和电子结构，提高光吸收范围和载流子分离效率；复合是指将TiO2和其他半导体材料复合，形成异质结构，提高光生电子-空穴对的分离效果；修饰则是在TiO2表面修饰一层活性物质，如负载金属催化剂、有机染料等，以增强其吸附能力和活性；而载体的选择则常常可以通过介孔材料或纳米载体来限制纳米颗粒的再聚集和增加其比表面积。
三、纳米TiO2光催化剂的应用研究纳米TiO2光催化剂在环境净化、能源产生和有机物降解等方面具有广泛的应用前景。
在环境领域，纳米TiO2光催化剂可以应用于有害物质的分解和废水的处理。
例如，通过纳米TiO2光催化剂的作用，可以分解空气中的甲醛、苯等VOCs （挥发性有机物），从而净化空气。
在废水处理方面，纳米TiO2光催化剂可用于分解废水中的有机物以及去除重金属离子等。
在能源产生方面，纳米TiO2光催化剂可以用于光电子设备的制备。
纳米TiO2颗粒作为光吸收剂，在光电子器件（如光电池）中具有重要的作用。
《2024年纳米TiO2光催化剂的制备、改性及其应用研究》范文
《纳米TiO2光催化剂的制备、改性及其应用研究》篇一一、引言随着环境问题的日益严重，光催化技术作为一种新型的环保技术，已经引起了广泛的关注。
纳米TiO2光催化剂作为光催化技术中的核心组成部分，具有高效、稳定、无毒等优点，被广泛应用于废水处理、空气净化、太阳能电池等领域。
本文将重点介绍纳米TiO2光催化剂的制备、改性及其应用研究。
二、纳米TiO2光催化剂的制备1. 物理法物理法主要包括气相法和真空蒸发法等。
气相法是通过将TiO2原料加热至高温，使其在气体状态下凝聚成纳米粒子。
真空蒸发法则是将TiO2原料在真空环境下加热蒸发，然后在冷却过程中形成纳米粒子。
这两种方法虽然可以制备出纯度高、粒径分布窄的纳米TiO2，但设备成本较高，不适合大规模生产。
2. 化学法化学法主要包括溶胶-凝胶法、水热法、微乳液法等。
其中，溶胶-凝胶法是制备纳米TiO2最常用的方法之一。
该方法通过将Ti的前驱体溶解在溶剂中，经过水解、缩合等反应形成溶胶，再通过干燥、煅烧等过程得到纳米TiO2。
该方法设备简单、操作方便，适合大规模生产。
三、纳米TiO2光催化剂的改性为了提高纳米TiO2光催化剂的光催化性能，人们对其进行了各种改性研究。
常见的改性方法包括贵金属沉积、非金属元素掺杂、半导体复合等。
1. 贵金属沉积贵金属如Pt、Ag等可以沉积在纳米TiO2表面，形成肖特基势垒，能够有效地捕获光生电子，抑制电子-空穴对的复合，从而提高光催化性能。
2. 非金属元素掺杂非金属元素如N、C、S等可以掺杂到纳米TiO2晶格中，使其吸收可见光的能力增强，拓宽了光谱响应范围。
同时，掺杂还能够影响晶格缺陷，提高载流子的迁移率，从而提高光催化性能。
3. 半导体复合通过将纳米TiO2与其他半导体材料进行复合，可以形成异质结，提高光生电子和空穴的分离效率。
常见的复合材料包括CdS、ZnO等。
此外，还可以通过形成核壳结构等方式进一步提高光催化剂的稳定性。
四、纳米TiO2光催化剂的应用研究纳米TiO2光催化剂在环保领域具有广泛的应用前景。
《高效TiO2的制备及其光催化性能的研究》
《高效TiO2的制备及其光催化性能的研究》一、引言随着环境问题的日益严重，光催化技术因其独特的优势，如节能、环保、高效等，受到了广泛的关注。
其中，TiO2作为一种重要的光催化剂，因其良好的化学稳定性、无毒性、低成本等特性，被广泛应用于废水处理、空气净化、太阳能电池等领域。
因此，研究高效TiO2的制备方法及其光催化性能具有重要的理论意义和实际应用价值。
二、TiO2的制备方法目前，制备TiO2的方法主要有溶胶-凝胶法、水热法、化学气相沉积法等。
其中，溶胶-凝胶法因其操作简便、成本低廉等优点，成为一种常见的制备方法。
在本研究中，我们采用溶胶-凝胶法制备高效TiO2。
具体步骤如下：首先，将钛源（如钛酸四丁酯）与溶剂（如乙醇）混合，形成均匀的溶液。
然后，通过控制反应条件（如温度、时间、pH值等），使溶液发生水解和缩聚反应，形成溶胶。
最后，通过干燥、煅烧等步骤，得到TiO2粉末。
三、TiO2的光催化性能研究1. 实验材料与设备实验材料包括TiO2粉末、目标污染物（如有机染料）、实验用水等。
实验设备包括光催化反应器、紫外-可见分光光度计、扫描电子显微镜等。
2. 实验方法与步骤（1）光催化反应实验：将TiO2粉末与目标污染物混合，置于光催化反应器中。
在特定波长的紫外光照射下，观察并记录反应过程及结果。
（2）表征与分析：利用扫描电子显微镜观察TiO2的形貌；利用紫外-可见分光光度计测定TiO2的光吸收性能；通过对比不同条件下光催化反应的效果，分析TiO2的光催化性能。
四、结果与讨论1. 形貌分析通过扫描电子显微镜观察发现，制备的TiO2呈规则的球形或片状结构，粒径分布均匀。
这有利于提高TiO2的光催化性能，因为较小的粒径可以缩短光生电子和空穴的迁移距离，减少复合几率。
2. 光吸收性能分析紫外-可见分光光度计测试结果表明，制备的TiO2具有良好的光吸收性能，能有效地吸收紫外光。
此外，我们还发现不同制备条件下的TiO2光吸收性能有所差异，这可能与TiO2的结晶度、颗粒大小等因素有关。
TiO2纳米管的制备方法及其改性
以纯钛片 为阳极 ， 以质量分数 为 ０ ． ５ ％～ ３ ． ５ ％的 Ｈ Ｆ水溶液 比， 用 电沉 积制备 的 Ｔ ｉ Ｏ ： 纳米管 顶端是开 口的 ， 而且底 部
为电解液 ，于室 温条件下 经 阳极 腐蚀 自组织 生成 了高密 与背面 的 Ａ ｕ膜直接相 连 。这种 结构与 Ａ Ａ Ｏ模 板非 常类
Ｎ Ｈ ４ Ｆ １ 一 （ Ｎ Ｈ ４ ） ２ Ｓ Ｏ 、 Ｎ ａ ２ Ｓ ０ 一 Ｎ ａ Ｆ混合 液）中经 阳极 腐蚀 而获 沉积 ， 只需 ５ ｍ ｉ ｎ就可 以得 到长度 等于模板 孔洞 长度 的完
得 不 同形 貌 、 不 同晶化度 的 Ｔ ｉ Ｏ ： 纳 米 管 。２ ０ ０ １ 年Ｇ ｒ ｉ ｍｅ ｓ 整纳米 管 ｆ 约６ ０ ￣ ｍ ） 。与阳极 氧化得 到 的 Ｔ ｉ Ｏ ： 纳 米管相
优 点而受 到广 泛 的关注 和研究 。与 Ｔ ｉ Ｏ 纳米 颗粒 相 比 ， Ｔ ｉ Ｏ 纳米管具有 更大 的比表面积 、 更强 的吸附能力 、 更 高 尺 寸 和 功 能 的纳 米 结 构 阵 列 。 Ｂ ． Ｂ ｒ ｉ ｎ ｄ ａ等 以 多 孔 氧 化 铝 ｆ Ｐ Ａ Ａ １ 膜 为模板 ， 利 用 溶
模 板法 、 水 热合成法 、 阳极氧化法 、 冷冻 干燥法 等。 目前 ，
又 出现 了一 些新 的制备 方法 ． 如： 化 学处 理法 、 电沉积制 备法 、 干凝 胶水热法 等。本文重 点介绍模 板法 、 阳极氧化 法、 化学处理法 、 电沉 积制备法 、 干凝胶水 热法。
项 目来 ｊ 曩： 河 北省 唐 山 市科技 发展 计 划 。 １ ２ １ １ ０ ２ ２ ０ ｂ 。 作 者 俺介 ： 侯桂 芹， 女， 河 北 联 合 大 学教 师 ， 硕士 ， 材 料 学 专业 Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ｈ ｏ ｕ ｇ ｑ ２ ＠１ ２ ６ ． ｃ ｏ ｎ。 ｒ
阳极氧化法制备TiO2薄膜及其超疏水改性
阳极氧化法制备TiO2薄膜及其超疏水改性随着纳米技术的发展，纳米材料在各个领域展现出了广阔的应用前景。
其中，氧化钛（TiO2）作为一种重要的纳米材料，在光催化、电化学和生物医学等领域具有广泛的应用。
然而，由于其表面能较高，TiO2薄膜往往具有亲水性，限制了其在一些特殊应用中的使用。
为了克服这一问题，研究人员们通过改性方法，将其表面改变为超疏水性，以提高其特殊应用的效果。
阳极氧化法是一种常用的制备TiO2薄膜的方法。
该方法通过在金属钛表面形成氧化层，然后经过热处理和酸洗等工艺，得到具有一定厚度和结构的TiO2薄膜。
这种方法制备的TiO2薄膜具有良好的结晶性和致密性，适用于各种改性处理。
超疏水性是指材料表面具有极高的接触角，使水滴在其表面上呈现出较大的接触角，从而实现水滴的快速滚落，表现出良好的自清洁性。
在TiO2薄膜的超疏水改性中，常常采用改变薄膜表面形貌和增加表面能的方法。
改变薄膜表面形貌是实现超疏水性的一种常见方法。
通过调控阳极氧化过程中的电压、时间和电解液成分等参数，可以改变薄膜的孔洞形貌和粗糙度，从而改变其表面的接触角。
研究发现，当薄膜表面具有一定的微纳米结构时，可以增加其表面积，提高接触角，实现超疏水性。
增加表面能是另一种常用的超疏水改性方法。
通过在阳极氧化后，在薄膜表面进行各种化学处理，使其表面形成亲水性或疏水性的功能基团。
例如，可以利用硅烷偶联剂在薄膜表面形成疏水性基团，从而实现超疏水性。
综上所述，阳极氧化法制备TiO2薄膜并进行超疏水改性是一种有效的方法。
通过调控阳极氧化过程和后续的化学处理，可以获得具有超疏水性的TiO2薄膜，从而拓展其在各个领域的应用。
未来的研究可以进一步深入探究薄膜的制备工艺和改性方法，提高其超疏水性能，并探索其在自清洁、防污染和抗菌等方面的应用潜力。
《2024年纳米TiO2光催化剂的制备、改性及其应用研究》范文
《纳米TiO2光催化剂的制备、改性及其应用研究》篇一一、引言随着环境保护意识的提高和可持续发展的需求，光催化技术因其在太阳能利用、环境污染治理及光催化反应等多个领域的广泛应用而受到广泛关注。
其中，纳米TiO2光催化剂因其优异的性能和低廉的成本，成为当前研究的热点。
本文将重点探讨纳米TiO2光催化剂的制备、改性及其应用研究。
二、纳米TiO2光催化剂的制备1. 物理法物理法包括气相法、真空蒸发法等，主要通过高温处理获得高质量的纳米TiO2粉末。
其优点是制得的纳米粒子具有较好的晶型结构，但存在生产效率较低，成本较高的缺点。
2. 化学法化学法包括溶胶-凝胶法、水热法等。
其中，溶胶-凝胶法是通过在溶液中制备出均匀的溶胶，然后通过热处理获得纳米TiO2。
水热法则是在高温高压的水溶液中直接进行化学反应。
这两种方法均具有较高的生产效率和较低的成本。
三、纳米TiO2光催化剂的改性由于纳米TiO2光催化剂在可见光区域的响应能力较弱，研究者们通过掺杂、表面修饰等方法对其进行改性。
1. 掺杂掺杂是提高纳米TiO2光催化剂可见光响应能力的一种有效方法。
通过在TiO2晶格中引入其他元素（如氮、硫等），可以拓宽其光谱响应范围，提高对可见光的利用率。
2. 表面修饰表面修饰是通过在纳米TiO2表面引入其他物质（如贵金属、金属氧化物等）来改善其性能。
这些物质可以有效地捕获光生电子和空穴，抑制其复合，从而提高光催化效率。
四、纳米TiO2光催化剂的应用研究1. 环境保护领域纳米TiO2光催化剂在环境保护领域的应用主要包括废水处理、空气净化等。
其优异的氧化还原性能可以有效地降解有机污染物，净化空气和水质。
2. 能源领域纳米TiO2光催化剂在能源领域的应用主要包括太阳能电池、光催化制氢等。
其可以通过吸收太阳能并产生光生电子和空穴，从而实现光电转换或光催化反应，为能源的可持续利用提供新的途径。
五、结论纳米TiO2光催化剂因其优异的性能和低廉的成本，在环境保护和能源领域具有广泛的应用前景。
TiO2的改性及其光催化去除NOx机理研究
TiO2的改性及其光催化去除NOx机理研究TiO2的改性及其光催化去除NOx机理研究摘要：近年来，由于工业活动和汽车尾气的排放，大气中的氮氧化物（NOx）浓度急剧增加，给人们的健康和环境造成了严重威胁。
因此，寻找高效、环境友好的NOx去除方法具有重要意义。
其中，光催化技术由于其高效、低成本和无二次污染等特点而备受关注。
TiO2作为一种重要的光催化材料，其光催化性能可以通过改性来进一步提升。
本文综述了TiO2的几种常见改性方法，并重点介绍了改性后的TiO2在光催化去除NOx中的应用和相应的机理研究。
关键词：TiO2，改性，光催化，NOx，机理1. 引言大气中NOx的来源主要包括工业排放、汽车尾气和燃料燃烧等。
NOx对人体健康和环境造成了严重威胁，如导致呼吸系统病变、光化学烟雾和酸雨的发生等。
传统的NOx去除方法包括吸收、氧化和催化还原等，但存在着成本较高、操作复杂和生成二次污染物等问题。
相比之下，光催化去除NOx技术具有高效、低成本和无二次污染等特点，因此备受关注。
2. TiO2的常见改性方法TiO2的改性可以通过不同的方法进行，如掺杂、复合和表面修饰等。
其中，掺杂是指通过将其他金属或非金属元素掺入TiO2晶格中来改变其物理和化学性质。
复合则是将其他纳米材料与TiO2进行混合，形成复合光催化材料。
表面修饰是指通过在TiO2表面引入功能性物质，如金属氧化物、有机染料和聚合物等。
这些改性方法可以提高TiO2的光吸收能力、光生电子-空穴对的分离效率和光催化活性，进而提高其去除NOx的效率。
3. TiO2改性在光催化去除NOx中的应用通过改性，TiO2的光催化性能可以得到明显提升，进而应用于光催化去除NOx反应中。
以掺杂为例，金属离子（如N、Fe、Ag等）的掺杂可以改变TiO2的能带结构，增强其光吸收能力，并提高光生电子-空穴对的分离效率。
复合材料（如TiO2/SiO2、TiO2/ZnO等）的制备能够形成异质结构，提高光生电子-空穴对的利用效率，并增强光催化活性。
TiO2改性催化剂的制备及光催化应用毕业设计论文
本科毕业设计（论文）题目TiO2改性催化剂的制备及光催化应用Southwest Petroleum UniversityGraduation ThesisPreparation and Photocatalytic Aplication of theChanged Properties of the TiO2 CatalystsGrade: 2008Name:Speciality: ChemistryInstructor :School of Chemical Engineering and Technology2012-6TiO 2改性催化剂的制备及光催化应用i摘要为了解决二氧化钛在应用中太阳能利用效率低和光量子利用效率低的技术难题，人们通过金属元素掺杂等手段对TiO 2进行改性研究。
掺杂可在半导体表面引入缺陷位置或改变结晶度，影响电子与空穴的复合或拓展光的吸收波段，从而提高TiO 2的光催化活性。
本文采用溶胶—凝胶法制备了第四周期过渡金属离子和第Vlll 族贵金属元素掺杂的纳米TiO 2粉末光催化剂，利用XRD 、SEM 等多种手段对掺杂前后粉末性能进行了表征。
系统全面地研究了不同焙烧温度，不同掺杂金属，不同掺杂量，不同反应温度等因素对催化活性的影响。
在未掺杂条件下，500℃焙烧的TiO2催化活性最好,且晶形为锐钛矿晶形，700℃下的则大部分为板钛矿晶形；在相同条件下Fe 、Cu 、Zn 、Ag 分别掺杂后，Fe 掺杂活性最好，且明显优于未掺杂的样品，说明掺杂使催化剂的性质有了明显优化；在不同量的Fe 的掺杂样品中，0.05%的比例下催化活性最好；最后验证了在pH=3条件下催化甲基橙的效果最好。
本论文通过金属元素掺杂的方法对纳米TiO 2光催化剂进行改性研究，解决了制备过程中的一些技术问题，获得了改性后TiO 2光催化剂的制备方法和性能的变化以及影响光催化活性的规律。
关键词: 纳米TiO 2；光催化；掺杂改性；过渡金属；溶胶凝胶法西南石油大学本科毕业设计（论文）AbstractEfficiency of solar energy utilization in application in order to solve the titanium dioxide in low light and low quantum efficiency of technical difficulties, by means of metal-doped TiO2 for modification. Doping introduces crystallinity of defect location, or change the semiconductor surface, effect of composite or expanding the optical absorption of electrons and holes-band, thus improving photocatalytic activity of TiO2.e as well as the preparation of photocatalytic activity of law.This article using sol-gel preparation of fourth cycle Vlll precious metals and transition metal ions doped nanometer Photocatalyst TiO2 powders, using various methods such as XRDSEM to characterization of the properties of doped powders before and after. System study of the different roasting temperature, doped with different metals, different amount of doping, effect of different factors such as temperature on catalytic activity.In is not doping conditions Xia, 500 ℃roasting of TiO2 catalytic activity best, and Crystal shaped for sharp titanium mine Crystal shaped, 700 ℃Xia of is most for Board titanium mine Crystal shaped; in same conditions Xia FeCuZnAg respectively doping Hou, Fe doping activity best, and clear better than is not doping of samples, description doping makes catalyst of nature has has clear optimization; in different volume of Fe of doping samples in the, 0.05% of ratio Xia catalytic activity best; last validation has in pH=3 conditions Xia catalytic methyl orange of effect best.This paper by method of metal doped Nano-TiO2 study to modified Photocatalyst, solves some technical problems in the preparation process, obtained the modified TIO2 Photocatalyst effect and changes in performance as well as the preparation of photocatalytic activity of law.Keywords: Nano-TiO2; photocatalytic; modified by doping; transition metals; sol-gel methodiiTiO2改性催化剂的制备及光催化应用iiiTiO 2改性催化剂的制备及光催化应用I目录摘要 ................................................................... i Abstract .. (ii)1.文献综述 (1)1.1 纳米TiO 2光催化材料简介及光催化机理 (1)1.1.1 纳米TiO 2光催化材料简介 (1)1.1.2 TiO 2光催化的基本原理 (1)1.2 提高光催化性能的改性方法及原理 (3)1.2.1 过渡金属元素掺杂 (3)1.2.2 稀土元素掺杂 (4)1.2.3 非金属元素掺杂 (4)1.3 掺杂TiO 2制备方法 (5)1.3.1 共沉淀法 (6)1.3.2 浸渍法 (6)1.3.3 W/O 型微乳液法 (6)1.3.4 固相反应法 (7)1.3.5 溶胶凝胶法溶胶一凝胶法 (7)1.4 金属离子掺杂改性TiO 2的原理及影响因素 (8)1.4.1 金属离子掺杂 TiO 2 的光催化机理 (8)1.4.2 金属离子掺杂改性TiO 2光催化性能的影响因素 (9)1.5 TiO2光催化技术在环境净化方面的应用 (11)1.5.1 水环境有机污染物的去除 (11)1.5.2 空气净化 (12)1.5.3 高效杀菌 (12)1.6 本课题研究的意义及内容 (13)1.6.1本课题研究的意义 (13)1.6.2本课题研究的内容 (13)2 实验方法 (15)2.1 设计及实验流程图 (15)2.2 仪器与试剂 (16)西南石油大学本科毕业设计（论文）II2.2.1 实验仪器 (16)2.2.2 分析测量仪器 (16)2.2.3 化学试剂和原材料 (16)2.2.4 初始化学试剂的配制 (17)2.3 凝胶的制备及条件的选择 (18)2.3.1 TiO 2凝胶的制备 (18)2.3.2 M/TiO 2凝胶的制备 (19)2.4 粉末的制备 (19)2.5 粉末的光催化降解实验方法 (19)2.6 粉末的表征 (20)3.实验结果及讨论 (21)3.1 焙烧温度的影响及优选 (21)3.2 不同金属掺杂的影响及优选 (21)3.3 掺杂量的影响及优选 (22)3.4 不同反应pH 的影响及优选 (23)3.5 表征数据的处理及分析 (23)3.5.1 (23)3.5.2 (23)3.5.3 (23)4 结论 (24)5 谢辞 (27)6 参考文献 (26)7.附录 (28)1.文献综述1.1 纳米TiO2光催化材料简介及光催化机理1.1.1 纳米TiO2光催化材料简介自从1972年日本Fujisima和Honda报道了TiO2电极上电解水现象后，半导体光催化引起了国际化学、物理学和材料学等领域科学家的广泛关注。
纳米TiO2光催化剂的制备、改性及其应用研究
纳米TiO2光催化剂的制备、改性及其应用研究纳米TiO2光催化剂的制备、改性及其应用研究摘要：纳米TiO2光催化剂因其优异的光催化性质在环境净化、水处理、能源转换等领域得到广泛应用。
本文以纳米TiO2为研究对象，重点探讨了其制备、改性方法以及在不同领域的应用研究内容和进展。
一、纳米TiO2的制备方法目前常用的纳米TiO2制备方法主要包括溶胶-凝胶法、水热法、气相沉积法等。
其中，溶胶-凝胶法通过溶胶的制备和凝胶的成型过程来得到纳米TiO2颗粒，可以控制颗粒的尺寸和形貌；水热法则是通过在高温高压的水环境下合成纳米TiO2颗粒，可制备出高度结晶的颗粒；气相沉积法则通过在气相中加热激活气体产生纳米TiO2颗粒。
这些方法各有优劣，适用于不同的研究需求。
二、纳米TiO2的改性方法为了提升纳米TiO2的光催化性能和稳定性，研究者在其表面进行改性。
常用的改性方法包括复合杂化技术、离子掺杂、表面修饰等。
复合杂化技术将纳米TiO2与其他材料进行复合，例如薄膜包覆、共混等方式，可以增加纳米TiO2的吸光性能和光生载流子的分离效率；离子掺杂则通过将单质离子或化合物引入纳米TiO2晶格中，改变其能带结构和光吸收性能；表面修饰通过在纳米TiO2颗粒表面修饰有机物或无机物，改变其表面性质和光催化性能。
三、纳米TiO2的应用研究纳米TiO2光催化剂具有优异的光催化性能和广泛的应用前景。
在环境净化方面，纳米TiO2可用于有机污染物的降解和空气净化，通过紫外光的激发产生活性氧自由基，降解有机污染物；在水处理领域，纳米TiO2可用于水的净化和废水处理，能够高效去除重金属离子和有机物，同时使用纳米TiO2光催化剂可以提高水的透明度和亮度；在能源转换方面，纳米TiO2可应用于太阳能电池、光电催化水分解等领域，用于转化光能为电能或储存能。
综上所述，纳米TiO2光催化剂具有制备简单、光催化效率高等优势，通过改性可以进一步提升其性能。
未来，随着对纳米材料研究的深入，纳米TiO2光催化剂将在环境净化、水处理和能源转化等领域发挥更大的作用。
多孔纳米tio2微球
多孔纳米tio2微球多孔纳米TiO2微球是一种具有广泛应用前景的新型纳米材料。
它具有高比表面积、多孔结构、优良的光催化性能和稳定性等特点，被广泛应用于环境污染治理、太阳能电池、药物传递和生物成像等领域。
本文将从以下几个方面对多孔纳米TiO2微球进行详细介绍。
一、多孔纳米TiO2微球的制备方法1. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种常见的制备多孔纳米TiO2微球的方法。
该方法主要包括溶胶制备、凝胶形成和煅烧三个步骤。
首先，通过水解聚合反应制备出适量的钛酸酯溶胶；然后，在溶液中加入引发剂，使得钛酸酯发生凝胶化反应，形成一定形状和大小的凝胶颗粒；最后，将凝胶颗粒进行煅烧处理，去除有机物质并形成多孔结构。
2. 水热法水热法是另一种常用的制备多孔纳米TiO2微球的方法。
该方法主要是通过在高温高压下进行反应，使得钛酸酯在水热条件下形成具有多孔结构的纳米球。
水热法制备多孔纳米TiO2微球的优点在于其简单易行、操作方便，并且可以控制纳米球的形貌和孔径大小。
二、多孔纳米TiO2微球的表征方法1. 扫描电镜（SEM）扫描电镜是一种常用的表征多孔纳米TiO2微球形貌和结构的方法。
通过SEM可以观察到微球表面和内部结构，以及孔径大小和分布情况。
2. 透射电镜（TEM）透射电镜是一种高分辨率的表征多孔纳米TiO2微球形貌和结构的方法。
通过TEM可以观察到微球内部结构，以及晶体结构和晶面取向等信息。
3. X射线衍射（XRD）X射线衍射是一种常用的表征多孔纳米TiO2晶体结构和相组成的方法。
通过XRD可以确定晶体结构、晶胞参数、相组成等信息。
4. 毛细管气相色谱（GC）毛细管气相色谱是一种常用的表征多孔纳米TiO2表面化学性质和孔结构的方法。
通过GC可以测定微球表面化学组成和孔结构参数等信息。
三、多孔纳米TiO2微球的应用1. 光催化降解污染物多孔纳米TiO2微球具有优良的光催化性能，可以将有机污染物降解为无害物质。
该技术已经被广泛应用于水处理、空气净化和土壤修复等领域。
TiO_2的形貌控制制备及其改性研究
TiO_2的形貌控制制备及其改性研究在众多半导体光催化材料中,纳米二氧化钛由于具有无毒、稳定的化学性能、良好的光催化性能以及成本较低等优点而被广泛研究。
但是,Ti O<sub>2</sub>禁带宽度较高以及量子效率较低严重限制了其在实际中的大规模应用。
本文采用溶剂热法制备出不同形貌的二氧化钛,并对球形TiO<sub>2</sub>进行了贵金属Ag沉积改性;将片状TiO<sub>2</sub>与C<sub>3</sub>N<sub>4</sub>进行复合改性。
利用SEM、TEM、XRD等方法表征样品的表面形貌、物相结构,通过光催化还原甲基橙溶液和罗丹明溶液表征样品的催化性能。
以钛酸四丁酯和六氟钛酸作为钛源,正丙醇和乙腈作为溶剂,制备出了不同形貌的TiO<sub>2</sub>,探讨了反应体系中原料比例、反应温度、反应时间及溶剂比例对TiO<sub>2</sub>的影响。
在H<sub>2</sub>TiF<sub>6</sub>:TBOT=1:4体积比时,制得的TiO<sub>2</sub>光催化性能最佳;反应温度和时间对TiO<sub>2</sub>的光催化性能影响较大,180℃、20h下得到的样品性能最佳;随着正丙醇与乙腈配比的减小,制得的TiO<sub>2</sub>由球形向不规则形状转变,颗粒表面的粗糙度随之增加,但对TiO<sub>2</sub>的光催化性能影响不大。
在H<sub>2</sub>Ti F<sub>6</sub>:TBOT=1:8时制备出了球形TiO<sub>2</sub>颗粒,考察了反应温度、反应时间及溶剂比例对TiO<sub>2</sub>的影响。
改性TiO2催化材料的制备及光催化性能研究
改性TiO2催化材料的制备及光催化性能研究摘要：本研究旨在探讨改性TiO2催化材料的制备方法以及其在光催化反应中的性能。
通过改变制备过程中的实验条件和添加不同的改性剂，成功制备出具有优异光催化性能的改性TiO2催化材料。
研究结果表明，改性TiO2催化材料在可见光区域表现出良好的光催化活性，这在提高传统TiO2催化剂的光催化性能方面具有重要意义。
关键词：改性TiO2；制备方法；光催化性能引言：光催化技术作为一种高效、环保的废水处理方法，在环境保护领域得到了广泛应用。
而TiO2作为一种常见的光催化材料，由于其价格便宜、稳定性好等优势，一直是研究的热点。
然而，传统TiO2催化材料在可见光区域的光催化活性较低，限制了其应用范围。
因此，改性TiO2催化材料的研究具有重要意义。
实验方法：本研究采用溶胶-凝胶法制备改性TiO2催化材料。
在制备过程中，分别添加了不同的改性剂，包括石墨烯、二氧化硅等。
通过调整溶胶的浓度、煅烧温度等实验条件，获得了不同改性剂含量的改性TiO2催化材料。
结果与讨论：实验结果表明，添加石墨烯和二氧化硅等改性剂可以明显提高TiO2催化材料的光催化活性。
石墨烯的加入可以增加催化剂的导电性，提高电子-空穴对的分离效率，从而提高光催化活性。
而二氧化硅的加入可以增加催化剂的表面积，提高光催化反应的活性位点数量，进一步增强了光催化性能。
结论：通过改变制备过程中的实验条件和添加不同的改性剂，成功制备出具有优异光催化性能的改性TiO2催化材料。
石墨烯和二氧化硅的加入分别改善了催化剂的导电性和表面活性位点数量，提高了光催化反应的效率。
本研究结果对于改进传统TiO2催化材料的光催化性能具有重要意义，为光催化技术的应用提供了新的思路。
展望：虽然本研究取得了良好的结果，但仍有一些问题有待进一步研究。
例如，需要深入探讨不同改性剂的最佳添加量，以及改性TiO2催化材料的长期稳定性等。
未来的研究可以进一步优化改性TiO2催化材料的制备方法，以提高其在光催化反应中的性能，进一步拓展光催化技术的应用领。
一种水热制备光催化tio2的方法及光催化tio2
一种水热制备光催化TiO2的方法及光催化TiO2随着环境污染问题日益严重，光催化技术作为一种新型的污染治理技术受到了越来越多的关注。
TiO2作为一种重要的光催化材料，在环境治理中具有广阔的应用前景。
本文将介绍一种水热制备光催化TiO2的方法，并探讨其光催化性能及应用前景。
一、水热法制备TiO2材料的原理水热法是指在高温高压水溶液中溶解一定物质，然后在相应的温度、压力下析出晶体。
以水合氯化钛为原料，在水热条件下进行反应可以得到纳米级的TiO2材料。
该方法具有工艺简单、操作方便、反应过程中产生的副产物少等优点。
二、水热法制备TiO2材料的步骤1.溶液制备：将一定量的水合氯化钛溶解在水溶液中，并加入适量的碱溶液用于调节溶液的pH值。
2.水热反应：将上述溶液置于高温高压水环境中进行水热反应，控制反应时间和温度。
3.固-液分离：将反应得到的沉淀固-液分离，沉淀经过洗涤和干燥得到TiO2材料。
三、水热法制备TiO2材料的光催化性能通过SEM、XRD、UV-vis等测试手段对水热法制备的TiO2材料进行性能测试，结果表明，该材料具有较高的比表面积和结晶性，吸收范围广，能够吸收紫外光并产生光生电子-空穴对。
该材料在光催化分解有机废水、光催化降解有机污染物等方面展现出良好的活性。
四、水热法制备TiO2材料的应用前景水热法制备的TiO2材料具有制备工艺简单、成本低廉等优点，同时在光催化领域具有较高的活性，因此在废水处理、大气治理、光催化杀菌等方面具有广阔的应用前景。
另外，通过掺杂、复合等方法进一步改性可使其光催化性能得到提高，拓展其应用领域。
水热法制备的TiO2材料具有良好的光催化性能及广阔的应用前景，为环境治理提供了新的技术途径。
未来，我们可以进一步加强对水热制备方法的研究，提高TiO2材料的光催化性能，推动其在环境治理中的应用。
水热法制备TiO2材料已经被证明具有良好的光催化性能和广泛的应用前景。
然而，随着社会的发展和环境污染问题的日益严重，对于光催化TiO2材料的研究也在不断深入。
纳米TiO2的制备
纳米TiO2的制备方法综述关键字:纳米TiO2制备均匀沉淀法实验操作前言:TiO2由于其粒子具有表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应等性质使得其晶体具有优异的特性。
纳米Ti02在可见光区有较强的紫外光吸收能力、反射能力和散射能力,因此它可以广泛应用于防晒化妆品、光催化剂、高档涂料、人造纤维中。
由于其具有非常好的催化性能,可应用于空气净化、除臭杀菌、污水净化等领域。
同时Ti02纳米颗粒具有很好的亲油性和亲水性,可以制成防雾和自净化玻璃。
另外Ti02微粒具有良好的耐候性、耐腐蚀性、较高的热稳定性和化学稳定性、高比表面积、无毒、易分散、易烧结和低熔点等独特性能,又被广泛应用于功能陶瓷、油墨、高性能涂料、半导体材料、太阳能电池等诸多领域[1]。
目前,纳米Ti02的制备方法很多,一般可以分为物理法和化学法。
以下对Ti02纳米粒子的制备工艺进行了详细的分析和比较[2]。
1、物理法常用的物理法有气相冷凝法、粉碎法、真空冷凝法。
气相冷凝法是通过多种方法使物质挥发成气相,并经过特殊工艺冷凝成核得到纳米粉体。
由于使材料气化的方法有很多种,因此气相冷凝法的具体工艺也千差万别。
在气化和冷凝过程中须有保护性气氛,可以通过控制蒸发和冷凝的工艺条件来控制粉体的粒径。
气相蒸发沉积法、溅射法、蒸发-凝聚法、等离子法都是气相冷凝制备纳米粉体的重要方法,该方法制备的粉体纯度高,颗粒大小分布均匀,尺寸可控,适合于生产高熔点纳米金属粒子或纳米颗粒薄膜。
粉碎法,是利用球磨机转动和振动时的巨大能量,将原料粉碎为细小颗粒。
其制备纳米粉体的优点是工艺简单,易实现连续生产,并能制备出高熔点的金属和合金材料;缺点是其对设备要求很高,而且颗粒大小不均匀,容易引入杂质。
真空冷凝法用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等离子体,然后骤冷。
其特点纯度高、结晶组织好、粒度可控,但技术设备要求高。
2、化学法化学法在制备纳米Ti02粉体的方法中很重要,而目前研究最多的是气相法和液相法。
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。
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纳米TiO2的制备及其改性和应用研究进展摘要：简要介绍了TiO纳米材料的制备、改性方法及其应用；2其制备方法包括气相法和液相法,液相法又包括溶胶-凝胶法、水热/溶剂热法、液相沉积法和微乳液法；其改性主要包括贵金属沉积、离子掺杂、染料敏化和半导体复合；其应用领域则主要包括光催化、光伏电池和光解水。
关键词：二氧化钛；纳米材料；制备；改性；应用前言俗称钛白粉,无毒、无味、无刺激性,热稳定性好,且原料TiO2来源广泛易得。
它有三种晶型:板钛矿、锐钛矿和金红石型。
TiO2电极光最早用来做涂料。
自从1972年Fujishima 等[1]发现用TiO2催化分解水现象之后TiO纳米材料的研究受到了极大的关注。
包2纳米材料的性括纳米颗粒、纳米棒、纳米线和纳米管在内的TiO2质、制备和改性方法及其在光催化、光伏电池、光电化学电池等领域的应用得到了广泛的研究。
在二十世纪早期，二氧化钛就已经被广泛应用于颜料、防晒霜、涂料、药膏、牙膏等领域中，而自从1972年Fujishima发现二氧化钛电极在紫外光照射下可以光解水制氢以来，二氧化钛的光催化性能得到了广泛的研究，目前已经在光电性能和光催化净化环境方面开发了很多实际的应用。
作为一种光催化材料，二氧化钛在净化污染和保护环境方面被认为是最有潜力的一种材料，众所周知二氧化钛的量子产率是由光致电子与空穴的产生与复合决定的，而二氧化钛的颗粒大小与几何结构则会直接影响光致电子与空穴的运动变化，具有较小的晶粒大小一般来说会提高二氧化钛的光学性能。
因此，通过制备均匀细小的二氧化钛纳米颗粒以及对二氧化钛进行改性如：掺杂、半导体复合、表面贵金属修饰和有机染料敏化等方法，都可以提高二氧化钛的光催化性能，使其满足现代生活中各种不同的需求。
本文将重点介绍通过掺杂的方法对二氧化钛纳米颗粒进行改性。
1 TiO2纳米材料的制备方法TiO纳米材料的制备方法很多,大体可以分为气相法和液相2法。
1.1 气相法TiO2纳米材料的气相合成主要是在化学技术[2]和物理技术上发展起来的。
由于反应温度高,气相法具有成核速度快、产品结晶度高、纯度高、生成粒子团聚少、粒径易控制等优点。
气相法可以合成各种形貌的TiO2薄膜或粉体:纳米棒、纳米管、纳米带等。
最常使用的气相是高温溅射沉积法(SPD)。
Ahonen等[3]用钛醇盐做前驱体,采用SPD法合成了TiO2纳米粉体和薄膜。
其他的气相制备技术包括:直流电溅射法、高频无线电溅射法、分子束取向生长法和等离子体法等。
1.2 液相法目前制备TiO2纳米材料应用最广泛的方法是各种前驱体的液相合成法。
这种方法的优点是：原料来源广泛、成本较低、设备简单、便于大规模生产。
但是产品粒子的均匀性差,在干燥和煅烧过程中易发生团聚。
应用最普遍的液相制备方法包括溶胶-凝胶法和水热/溶剂热方法、液相沉积法和微乳液法。
1.2.1 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是制备薄膜和粉体时最常使用的方法。
在溶胶-凝胶过程中,含钛前驱体经过水解和浓缩形成TiO2无机结构。
使用最广泛的前驱体是Ti(O Et)4 、Ti(i-PrO)4、Ti( n-BuO)4、Ti(SO)2和TiCl4。
为了得到结晶度较高的TiO2,一般需要将水解产物做煅烧处理。
Li等[4]采用溶胶-凝胶法制备了粒径小于6nm的TiO2纳米粒子。
但是,煅烧过程通常会导致TiO2纳米粒子长大或者团聚。
习王锋等[5]以钛酸丁酯为原料,用溶胶-凝胶法和水热法相结合的方法制备了金红石型TiO2纳米棒。
为了得到粒度分布窄和分散性良好的纳米颗粒,可以在反应中添加不同的表面活性剂,像乙酸和乙酰丙酮[6]等，在表面活性剂的帮助下,可以合成不同大小和形状的TiO2纳米棒,Cozzoli等[7]通过油酸(OA) 控制四异丙钛醇(TTIP)水解合成了细长的锐钛矿相TiO2纳米棒。
改变表面活性剂的浓度可以改变TiO2纳米晶体的形状。
例如,在十二烷酸浓度较低时,得到的纳米晶是子弹型或菱形的；当浓度较高时,得到的纳米晶体是棒状的[8]。
Lin Y等[9]将溶胶-凝胶法和阳极氧化铝模板(AAM) 结合,即将多孔的AAM浸入到TiO2溶胶中,然后经烘干和加热处理,通过溶胶-凝胶电泳沉积法使胶状悬浮液中的TiO2沉积AAM,制备了规则的TiO2纳米棒、纳米线和纳米管阵列[9]。
1.2.2 水热/ 溶剂热方法水热/溶剂热方法合成TiO2通常在水热釜中进行,通过控制前驱物的水或有机溶液的温度和压力进行反应。
温度和水热釜中的溶液量决定了产生的压力。
水热/ 溶剂热方法中使用最普遍的前驱体是Ti(SO4)2H2TiO(C2O4)2、钛的卤化物和钛酸丁酯。
Feng XJ等[10]在160℃下水热处理TiCl3和过饱和NaCl水溶液2h ,制备了TiO2纳米棒。
Kasuga T等[11]将TiO2粉体放入到2.5～20 mol/L的NaOH水溶液中,在110℃下用水热釜处理20 h,制备了TiO2纳米管。
溶剂热方法与水热法的区别在于溶剂热方法中使用的溶剂是无水的有机溶剂。
溶剂热方法中最常使用的有机溶剂是甲醇、丁醇、甲苯等。
与水热法相比,溶剂热方法的优点在于,具有更高沸点的有机溶剂有很多种,溶剂热方法比水热法能够达到更高的温度,能更好地制TiO2纳米颗粒的大小、形态分布和晶型。
用不同的表面活性剂可以调整生成纳米棒的形貌。
比如, Kim CS等[12]用油酸做表面活性剂,将四异丙钛醇的无水甲苯溶液在水热釜中250℃处理20 h,得到了窄分散的TiO2纳米棒。
1.2.3 液相沉积法液相沉积法是以无机钛盐作原料,通过直接沉积来制备功能TiO2 粉体和薄膜的液相法。
Deki等[13]用(NH4)2TiF6和H3BO3的水溶液为起始溶液,制备了TiO2薄膜。
Imai等[14]用添加了尿素的TiF4和Ti(SO4)2的水溶液制备了不同形貌的TiO2纳米材料。
与溶胶2凝胶法相比,液相沉积法具有以下优点:对仪器要求比较低,温度要求低(30～50℃),基片选择比较广等。
1.2.4 微乳液法微乳液法制备纳米TiO2是近年来才发展起来的一种方法。
微乳液是指热力学稳定分散的互不相溶的液体组成的宏观上均一而微观上不均匀的液体混合物。
该法的制备原理是在表面活性剂作用下使两种互不相溶的溶剂形成一个均匀的乳液。
利用这两种微乳液间的反应可得到无定型的TiO2 ,经煅烧、晶化得到TiO2纳米晶体。
贺进明等[15]以TiCl4为原料、在十六烷基三甲基溴化铵/正己醇/水组成的微乳液体系中,在较低温度下,制备了球形、花状、捆绑丝和星形的金红石型TiO2纳米颗粒。
微乳液法得到的粒子纯度高、粒度小而且分布均匀。
但稳定微乳液的制备较困难,因此,此法的关键在于制备稳定的微乳液。
2 TiO2纳米材料的改性TiO2纳米材料的很多应用都是和其光学性质紧密相连的。
但是,TiO2的带隙在一定程度上限制了TiO2纳米材料的效率。
金红石型TiO2的带隙是3.0 eV ,锐钛矿型是3.2eV ,只能吸收紫外光,而紫外光在太阳光中只占很小的一部(<10 %)[16]。
因而,改善TiO2 纳米材料性能的一个目的就是将其光响应范围从紫外光区拓展到可见光区,从而增加光活性。
目前经常采用的改性方法包括贵金属沉积、离子掺杂、染料敏化和半导体复合等方法。
2.1 贵金属沉积半导体表面贵金属(包括Pt、Au、Pd、Rh、Ni、Cu和Ag) 沉积可以通过浸渍还原、表面溅射等方法使贵金属形成原子簇沉积附着在TiO2表面。
由于贵金属的费米能级比TiO2的更低,光激发电子能够从导带转移到沉积在TiO2表面的贵金属颗粒上,而光生价带空穴仍然在TiO2上。
这些行为大大降低了电子和空穴再结合的可能性,从而改善其光活性.Anpo Takeuchi[17]制备了Pt沉积TiO2用于光催化分解水制氢实验,发现产氢效率得到了明显提高。
Sakt hivel等[18]研究了用Pt、Au和Pt沉积TiO2做光催化剂时对酸性绿16的光致氧化作用,发现与未沉积贵金属的TiO2相比,光催化效率得到了不同程度的提高。
2.2 离子掺杂TiO2半导体离子掺杂技术是用高温焙烧或辅助沉积等手段,通过反应将金属离子转入TiO2晶格结构之中。
离子的掺杂可能在半导体晶格中引入缺陷位置和改变结晶度等,影响了电子和空穴的复合或改变了半导体的激发波长,从而改变TiO2的光活性。
但是,只有一些特定的金属离子有利于提高光量子效率,其他金属离子的掺杂反而是有害的。
Choi等[19]系统地研究了21种金属离子掺杂对TiO2光催化活性的影响,发现Fe、Mo、Ru、Os、Re、V和Rh离子掺杂可以把TiO2的光响应拓宽到可见光范围,其中Fe离子掺杂效果最好,而掺杂Co和Al会降低其光催化活性。
Wu等[20]定性分析了过渡金属(Cr、Mn、Fe、Co、Ni和Cu) 离子掺杂对TiO2的光催化活性的影响。
Xu等[21]比较了不同稀有金属(La、Ce、Er、Pr、Gd、Nd和Sm) 离子掺杂对TiO2光催化活性的影响。
阴离子掺杂可以改善TiO2在可见光下的光催化活性、光化学活性和光电化学活性。
在TiO2晶体中掺杂阴离子(N、F、C、S等)可以将光响应移动到可见光范围。
不像金属阳离子,阴离子不大可能成为电子和空穴的再结合中心,因而能够更有效地加强光催化剂的催化活性。
Asahi等[22]测定了取代锐钛矿TiO2中O的C、N、F、P和S的掺杂比例。
发现p态N和2p态O的混合能使价带边缘向上移动从而使得TiO2带隙变窄。
尽管S掺杂同样能使TiO2带隙变窄,但是由于S离子半径太大很难进入TiO2晶格。
研究表明C和P掺杂由于掺杂太深不利于光生电荷载体传递到催化剂表面,所以对光催化活性的影响不是很有效。
Ihara等[23]将硫酸钛和氨水的水解产物在400 ℃的干燥空气中煅烧,得到了可见光激发的N掺杂TiO2光催化剂。
2.3 染料敏化有机染料被广泛地用作TiO2的光敏化剂来改善其光学性质。
有机染料通常是具有低激发态的过渡金属化合物,像吡啶化合物、苯二甲蓝和金属卟啉等。
Yang等[24]用联吡啶、Carp等[25]用苯二甲蓝染料作为感光剂敏化TiO2,发现这些染料可以改善光生电子空穴对的电荷分离,从而改善了催化剂的可见光吸收。
2.4 半导体复合半导体复合是提高TiO2光效率的有效手段。
通过半导体的复合可以提高系统的电荷分离效率,扩展其光谱响应范围.从本质上说,半导体复合可以看成是一种颗粒对另一种颗粒的修饰。
Sukharev等[26]将禁带宽度与TiO2 相近的半导体ZnO与TiO2复合,因复合半导体的能带重叠使光谱响应得到发展；通过对ZnO/TiO2 、TiO2/CdSe、TiO2/PbS、TiO2/WO3等体系的研究表明,复合半导体比单个半导体具有更高的光活性。