纳米二氧化钛光催化剂制备方法研究进展
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。
纳米二氧化钛光催化剂研究进展
ｔ ｎ ａ ｄ ｍｏ ｉ ｃｔｏ ｆＴｉ ｔ ｉｈ ｃ ｔｌｔ ｃ ｉｉｙ ｏ ｔｎ ｆＴｉ ｎ ｔ ｐ ｌ ａｉｎ ｆ ｒｅ ｖｒｎ ｅ ｔｐ ｏ ｅ— ｉ ｎ ｄｆ ａ ｉｎ ｏ ０２ｗｉ ｈｇ ａａｙ ｉ ａｔｖｔ ，ｃ ａｉｇ ｏ ０２ａ ｄ ｉｓａ ｐｉ ｔ ｏ ｎ ｉｏ ｏ ｉ ｈ ｃ ｃ ｏ ｍ ｎ ｒ ｔｃ
面 的空 穴 ｈ 附 在 Ｔｉ 表 面 的 Ｈ２ 和 ０Ｈ 氧 化 成 ・ 吸 ０２ ０ ０Ｈ 自
维普资讯
・
５ ・ ４
材料 导报
２０ ０ ８年 ５月第 ２ 专辑 Ｘ ２卷
纳 米 二 氧 化 钛 光 催 化 剂 研 究 进 展
于艳 辉 ， 日巴拉 ， 传 友 ， 哈 徐 宋艳 艳
（ 河南理工大学材料科学与工程学 院 ， 焦作 ４ ４ ０ ） ５０ ３ 摘要 半 导体 光催化技 术对 多种有机物 有明显的 降解 效果 ， 具有 广阔的应 用前 景， 近年 来 ， 导体 光催 化 已成 半
指 出 以后 的 研 究 方 向 。
关 键 词
纳米 ＴＯ 光催化剂 ｉ２
掺杂
改性
中 图分 类 号 ：Ｑ１４ １ Ｔ ３ ＋１
文 献标 识 码 ： Ａ
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ Ｐｒ ｇ ｅ ｓ ｉ ｎｏ Ｔｉ ｏ ｏ ａ ａ ｙ ｔ ｓ ａ ｃ ｏ ｒ ｓ ｎ Ｎａ Ｏ２Ｐｈ ｔ ｃ ｔ ｌ ｓ
ｉｇｅｆｃ ｏ ｅｄｇａ ａｉｎｏ ｒａ ｉ ｓｂｔｎ ｅ．ｔ ａ Ｏ ｅｏ ｎ ｆ ｈ ｏ ｕａ ｅｅｒｈｓ ｂｅｔ ｉ ｔｅｆ ｌ ｎ ｆ ｔ ｎｔ ｅｒｄ ｔ ｆ ｇｎｃ ｕ ｓ ｃｓＩ ｈ ｓｎ Ｗ ｂ ｃｍｅｏ ｅｏ ｅｐ ｐ ｌ ｒｓａｃ ｕ ｊｃｓ ｎ ｈ ｅ ｅ ｈ ｏ ｏ ａ ｔ ｒ ｉｄ
优质纳米二氧化钛制备研究进展
甘 音高 Ｊ 午 拒
Ｖ ｏ １ ． １ ８ Ｎ ｏ ． ５ （ ２ ０ １ ３ ）
优 质 纳 米 二 氧 化 钛 制备 研 究 进展
郁美霞 ’ ， 郑小平 ， 韩 昕圮 ’
（ １ ． 兰州交 通 大学 机 电工 程学 院 ， 甘肃 兰 州 ７ ３ ０ ０ ７ ０ ； ２ ． 兰州 城 市学 院 ， 甘肃 兰州
０ ． 引言
制备纳米二氧化钛粉体的研究甚少 ， 一般用此方法 制备纳米 二氧化钛薄膜 ． Ｗｕ Ｇ ｕ ｏ ｓ ｏ ｎ ｇ等 同 采 用 电子束蒸 发物理气 相沉 积方法在 Ａ Ｚ ３ １ 镁合金 表面沉积 了 Ｔ ｉ Ｏ ： 薄膜 ， Ｔ ｉ Ｏ ： 靠电子束 蒸发， 然后沉积在基 片表面形成薄膜 ， 蒸发沉积实验 Ｄ Ｍ Ｄ Ｅ 一 ４ ５ ０蒸发装置上进行 ，得到 了 ３ ０ ０ ｎ ｍ厚的无定形 Ｔ ｉ Ｏ ： 薄膜 ， 获得的 Ｔ ｉ Ｏ 薄膜结构致密 ， 对基体起到了有效 的保护作用． Ｐ Ｖ Ｄ法中应用较多 的还有溅 射法． 其 中磁 控溅 射法是近 几年来发展 的比较热 的制备 Ｔ ｉ Ｏ ： 薄膜 的方法 ，溅射原理 ： 以
研究进 展状况 ， 分别 对其过程 、 机理及优缺点进行分 析总结 ，
并对纳米 二氧化钛未来 的发展方 向进行展望 ．
１ ． 物 理 方 法
１ ０ ｎ ｍ） 、 纯度高 、 粒度 分布均匀 、 分散性好 的纳米二氧化 钛粉 末， 但是该方 法制得 的粉体产量小 ， 成本较高．
１ ． ２固相 法
备 了锐钛矿型 Ｔ ｉ Ｏ ： 薄膜 ，随后在石英管炉 内对 Ｔ ｉ Ｏ ： 薄膜样
品进行退火处理 ， 得到的 Ｔ ｉ Ｏ ： 薄膜具有 良好的 自洁净性能．
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。
黑色二氧化钛纳米材料研究进展
黑色二氧化钛纳米材料研究进展黑色二氧化钛纳米材料是一种新型的纳米材料，由于其独特的物理、化学和光学性质，近年来备受。
本文将概述黑色二氧化钛纳米材料的制备方法、性能研究及其应用前景，并探讨当前研究的不足和未来需要进一步解决的问题。
黑色二氧化钛纳米材料的制备方法主要有化学气相沉积、液相合成和物理气相沉积等。
其中，化学气相沉积法是通过引入气态反应剂，使反应在催化剂表面进行，从而生成纳米材料。
液相合成法是将钛源、氧源和碳源等混合在溶剂中，通过控制反应条件合成出黑色二氧化钛纳米材料。
物理气相沉积法则是将钛源和氧源在高温下蒸发，然后在低温区快速冷凝，生成黑色二氧化钛纳米材料。
黑色二氧化钛纳米材料的性能主要包括物理性能、化学性能和光学性能。
物理性能方面，黑色二氧化钛纳米材料具有高比表面积、高透光性和良好的热稳定性等。
化学性能方面，黑色二氧化钛纳米材料具有优异的耐酸碱性和化学稳定性，能在广泛的环境条件下保持稳定。
光学性能方面，黑色二氧化钛纳米材料具有宽广的可见光透过范围和良好的紫外线屏蔽性能。
由于黑色二氧化钛纳米材料具有优异的性能，其在众多领域都具有广泛的应用前景。
例如，在光催化领域，黑色二氧化钛纳米材料可以用于降解有机污染物和杀菌消毒。
在太阳能电池领域，黑色二氧化钛纳米材料可以作为透明电极材料，提高太阳能电池的光电转化效率。
在涂料领域，黑色二氧化钛纳米材料可以用于制造高效能涂料，提高涂料的防晒、耐污和耐候性能。
黑色二氧化钛纳米材料作为一种新型的纳米材料，具有优异的物理、化学和光学性能，使其在众多领域具有广泛的应用前景。
然而，目前关于黑色二氧化钛纳米材料的研究仍存在不足之处，例如其制备方法尚需进一步优化以提高产量和纯度，同时其应用领域也需要进一步拓展。
未来，研究人员需要进一步解决这些问题，同时深入研究黑色二氧化钛纳米材料的潜在应用价值，为其在更多领域的应用奠定基础。
合成纳米二氧化钛的方法很多，主要包括物理法、化学法以及生物法。
关于纳米二氧化钛光催化剂制备方法研究
加 热 时 间分 别 为 １ ０分 钟 、 ３ ． ５分钟 、 ６分 钟 。 即缩短 了传 统方 法 的加热时 间 ， 又制成较 为纯净 的纳米二氧化 钛原材料 。
１ ． ３ 沉淀 法
沉 淀法 指将 含有 钛元 素的 可溶性 盐溶 液与相 应 的沉淀 剂 进行 融合 ， 并 在正 确 的温度 及环 境下 ， 形 成水 或不 可溶 的氧 化 物及氢 氧化物 的沉淀 。 最后 将其进 行过滤 、 洗涤 、 烘干 并煅烧 最 终形成二 氧化钛 粒子 。 目前 ， 我 国普遍应 用的沉淀 剂为尿 素 ， 即 Ｃ Ｏ（ ＮＨ： ） ， 其 与水 反 应 能 生成 ＮＨ ・ Ｈ Ｏ及 二 氧 化碳 ， 化 学 方 程 式 为Ｃ Ｏ （ ￣ Ｈ ） ＋３ Ｈ Ｏ— Ｊ Ａ Ｈ ・ Ｈ Ｏ＋Ｃ Ｏ 。 而 此时 应 用 的
而 后 与有 机试 剂 进 行融 合 ， 并 用 强酸 或 强碱 溶 液进 行 中和 抑 制， 最 终形 成溶 胶 。 在 经过 陈化转 和后 ， 溶胶 变为湿 凝胶 ， 去 除
多余 水分后 经过煅烧 及研 磨将成 为纳米二 氧化钛颗 粒 。 产 生的 颗粒 细密 均匀 ， 粒子直径 较小 。 一 经应用光 催化 中， 会使光 催化 活性 提 高 ， 具有 很高 的 实效性 。 但 运用 溶胶 凝胶 法需 要选 取优 秀 的钛醇盐 作为 反应 的原 材料 ， 亦要加 入有机试 剂作为 催化或 反应 的 重要成 分 ， 而钛 醇盐 及 相关试 剂 的造价 较高 ， 导 致 整个 实验 的成 本较 高 ， 此外 ， 此种 方法 在煅 烧过程 易 产生过 多 的碳 元素 ， 从而 产生碳污 染 。
０ 引言
纳米 二氧化钛 （ Ｔ ｉ Ｏ ） 是十分珍贵 且重要 的光催化 剂 ， 亦称 光触 媒 。 因其具 备宝贵 的光学性 、 化学 稳定性 以及热稳 定性 ， 被 广泛 应用于 光催化 反应 中。 例如 ， 日光 或灯光 中具有 紫外线 ， 纳 米 二氧化钛 能将其进 行激活 ， 随 即产生游 离基及 强烈的光 氧化 还原 反应 ， 反应式 为Ｔ ｉ Ｏ。 ＋ ｈ ｖ－ － － ＇ ｅ 一 ＋ ｈ 。 此外， 亦能 将物 体表 面 存有 的相 关物 质进 行催 化或 光解 ， 从 而净 化空 气 。 纳米 二氧 化 钛光 催化剂 的制作过 程主要分 为三个部 分 ， 首先需要 制成 可用 的 二氧化 钛原 料 ， 然后 将原 料进 行改性 ， 支撑 纳米 二氧 化钛 光 催化 剂 的初始 形态 ， 最 后需 要将 其 内部结 构进 行调 控设 置 ， 最 终制 成可应用于 各领域 的纳米二氧 化钛光催化 剂 。
改性纳米二氧化钛的光催化性能研究
改性纳米二氧化钛的光催化性能研究一、本文概述随着全球环境问题的日益严峻，光催化技术以其独特的优势在环境保护和能源转换领域受到了广泛关注。
作为光催化领域的重要研究对象，纳米二氧化钛（TiO₂）因其优良的光催化性能、稳定性以及低廉的成本，被广泛应用于太阳能光解水制氢、空气净化、污水处理等领域。
然而，传统的纳米二氧化钛存在光生电子-空穴对复合速率快、可见光响应范围窄等问题，限制了其在实际应用中的性能。
因此，对纳米二氧化钛进行改性，提高其光催化性能，具有重要的研究意义和应用价值。
本文旨在研究改性纳米二氧化钛的光催化性能，通过对其改性方法的探索，以期提高其在可见光下的光催化活性，拓宽其应用范围。
文章将介绍纳米二氧化钛的基本性质、光催化原理以及改性方法的研究进展。
将详细阐述本文所采用的改性方法，包括掺杂、负载贵金属、构建异质结等，以及改性后的纳米二氧化钛的表征手段。
通过对比实验，分析改性前后纳米二氧化钛在光催化性能上的差异，探讨改性方法对光催化性能的影响机制。
通过本文的研究，期望能为纳米二氧化钛的光催化性能改性提供新的思路和方法，推动其在环境保护和能源转换领域的应用发展。
也希望为相关领域的研究人员提供有益的参考和借鉴。
二、改性纳米二氧化钛的制备方法改性纳米二氧化钛的制备方法众多，各有其独特的优势和应用场景。
以下是几种常见的改性纳米二氧化钛制备方法：溶胶-凝胶法：溶胶-凝胶法是一种通过无机物或金属醇盐的水解和缩聚反应制备纳米材料的方法。
在这种方法中，通过控制水解和缩聚的条件，可以得到均匀稳定的溶胶，进一步通过热处理，溶胶转化为凝胶，最终得到改性纳米二氧化钛。
水热法：水热法是一种在高温高压下进行化学反应的方法。
通过将反应物置于特制的高压反应釜中，加热至一定温度，使反应物在水热条件下进行反应，从而制备出改性纳米二氧化钛。
微乳液法：微乳液法是利用两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成微乳液，然后在微乳液中进行化学反应的方法。
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。
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纳米二氧化钛是一种具有广泛应用潜力的纳米材料。
它具有高比表面积、优异的光催化性能以及良好的化学稳定性，因而在光催化、防污涂料、太阳能电池、化妆品等领域有着广泛的应用。
本文将介绍纳米二氧化钛的制备方法及其在各个领域的应用研究进展。
首先，从制备方法角度来看，纳米二氧化钛可以通过物理法、化学法以及生物法等多种方法得到。
其中，物理法包括气相法、溶胶凝胶法、机械法等，化学法主要包括水热法、溶剂热法、水热法等，生物法则是通过利用生物体或其提取物来合成纳米颗粒。
每种方法都有其优缺点，研究者可以根据具体需求选择适合的制备方法。
其次，纳米二氧化钛在光催化领域的应用研究较为广泛。
纳米二氧化钛可以通过光催化过程将光能转化为化学能，用于降解废水中的有机污染物。
研究发现，添加一些能够吸收可见光的材料，如碳量子点、半导体量子点等，可以提高纳米二氧化钛的光催化活性。
此外，光催化技术也可以应用于空气净化、自洁涂料等领域。
在防污涂料领域，纳米二氧化钛的应用也备受关注。
纳米二氧化钛具有超疏水性和自洁性，可以防止油污、水渍等附着在表面上，使涂层具有良好的自洁效果。
此外，纳米二氧化钛还可以通过光催化分解有机污染物，达到净化空气的目的。
防污涂料的应用不仅可以提高建筑物外墙的清洁度，还可以延长建筑物的使用寿命。
太阳能电池也是纳米二氧化钛的一个重要应用领域。
纳米二氧化钛具有优异的光催化性能和电化学性质，可以作为太阳能电池中的电极材料。
目前，纳米二氧化钛主要应用于染料敏化太阳能电池（DSSC）和钙钛矿太阳能电池（PSC）中。
通过纳米二氧化钛的光催化作用，可以有效提高太阳能电池的光电转换效率。
此外，纳米二氧化钛在化妆品领域的应用也日益增多。
纳米二氧化钛可以作为防晒剂，有效抵御紫外线的伤害。
同时，纳米二氧化钛还具有抗菌作用，可以用于制备抗菌化妆品。
然而，由于纳米二氧化钛对人体的潜在风险，其在化妆品中的应用仍需谨慎。
二氧化钛作为光催化剂的研究
二氧化钛光催化剂的研究进展1972年，A.Fujishima 等首次发现在光电池中受辐射的TiO2，表面能持续发生水的氧化还原反应，这一发现揭开了光催化材料研究和应用的序幕。
1976年J.H.Carey等报道了TiO2水浊液在近紫外光的照射下可使多氯联苯脱氯。
S.N.Frank等也于1977年用TiO2粉末光催化降解了含CN-的溶液。
由此，开始了TiO2光催化技术在环保领域的应用研究，继而引起了污水治理方面的技术革命。
近十几年来，随着社会的发展和人们对环境保护的觉醒，纳米级半导体光催化材料的研究引起了国内外物理、化学、材料和环境等领域科学家的广泛关注，成为最活跃的研究领域之一一。
TiO2是一种重要的无机材料，其具有较高的折光系数和稳定的物理化学性能。
以TiO2做光催化剂的非均相光催化氧化有机物技术越来越受到人们的关注，被广泛地用来光解水、杀菌和制备太阳能敏化电池等。
特别是在环境保护方面，TiO2作为光催化剂更是展现了广阔的应用前景。
但TiO2的禁带宽度是3.2eV，需要能量大于3.2eV的紫外光（波长小于380nm）才能使其激发产生光生电子-空穴对，因此对可见光的响应低，导致太阳能利用率低（只利用约3〜5%勺紫外光部分）。
同时光生电子和光生空穴的快速复合大大降低了TiO2光催化的量子效率，直接影响到TiO2光催化剂的催化活性。
因此，提高光催化剂的量子效率和光催化活性成为光催化研究的核心内容。
通过科学工作者对二氧化钛的物质结构、制备方法、催化性能、催化机理等方面的深入系统的研究，这种快速高效、性能稳定、无毒无害的新型光催化材料在废水处理、有害气体净化、卫生保健、建筑物材料、纺织品、涂料、军事、太阳能贮存与转换以及光化学合成等领域得到了广泛应用。
1 TiO2光催化作用机理“光催化”从字面意思看，似乎是指反应中光作为催化剂参加反应，然而事实并非如此。
光子本身是一种反应物质，在反应过程中被消耗掉了，真正扮演催化剂角色的却是TiO2。
纳米TiO2光催化剂的制备及在降解有机物方面的研究进展
因此 ． 光 催 化 反 应 过 程 中 ， 制 电 子一 穴 的 复 合 是 关 键 步 骤 。 在 抑 空
之 一 。 本 文 综 述 了近 期 用 溶 胶 一 胶 法 制 备 纳 米 二 氧 化 钛 光 催 凝
化 荆 及 其 在 光 催 化 降 解 有 机 污 染 物 方 面 的 研 究 进 展 ． 对 一 些 并
钛 矿型和金红石 型两种 晶体结构 ， 金 红石 型较 为稳定【 且 ４ 一 。
般 情 况 下 ， 定 型 水 合 二 氧 化 钛 在 ３ ０ 左 右 转 化 为 锐 钛 矿 型 无 ０℃
２ 光 催 化 降 解 的基 本 原 理
纳 米 二 氧化 钛 的 带 隙 能 为 ３ ｅ ２Ｖ，相 当 于 ３ ７ ５ ｍ 光 子 的 ８． ｎ 能 量 。 当受 到 波 长 小 于 ３ ７ ５ｎ 的紫 外 光 的 照 射 时 ， ８ ． ｍ 价层 电 子
会 被 激 发 到 导 带 ． 而 产 生 具 有 很 强 活 性 的 电 子一 穴 对 ： 从 空
ＵＶ
结 构 ， ５０ 才开始 有少 量 的 金红 石 型 晶粒 出 现 ； 度 升 高 ， 在 ５℃ 温
金 红 石 型 的 比例 增 大 ， 于 ７ ０ 时 则 几 乎 全 转 化 为 金 红 石 型 。 高 ０℃ 在 同 一 温 度 下 ， 烧 结 时 间 的 增 长 ， 红 石 型 二 氧 化 钛 的 比 例 亦 随 金
１ 引 言
纳 米 材 料 从 根 本 上改 变 了 传 统 材 料 的 一些 结 构 与 性 能 ， 是
目前 材 料 科 学 研 究 的热 点 之 一 。而 纳 米 材 料 在催 化 方 面 的 应 用
化 物 的 湿 化 学 过 程 ， 要 包 括 体 系 的 混 合 、 胶 化 、 化 以 及 干 主 凝 陈
纳米二氧化钛光催化剂的制备及其表面改性的研究进展
纳米二氧化钛光催化剂的制备及其表面改性的研究进展姬文慧ꎬ毛晓宁ꎬ王志鸽ꎬ王慧春∗(青海师范大学生命科学学院ꎬ青海西宁㊀８１０００８)摘㊀要:简述了纳米二氧化钛材料的结构㊁性能及光催化机理ꎬ综述了其常用的制备方法ꎬ且针对纳米二氧化钛应用的局限性ꎬ重点总结了目前常见的二氧化钛表面改性的方法及研究进展ꎮ关键词:纳米二氧化钛ꎻ光催化剂ꎻ制备ꎻ表面改性中图分类号:ＴＢ３８３ꎬＴＱ４２６.６㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:１００３－３４６７(２０２０)０９－０００５－０４ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｏｆＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄＳｕｒｆａｃｅＭｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆＮａｎｏ－ＭｅｔｅｒＴｉｔａｎｉｕｍＤｉｏｘｉｄｅＰｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔＪＩＷｅｎｈｕｉꎬＭＡＯＸｉａｏｎｉｎｇꎬＷＡＮＧＺｈｉｇｅꎬＷＡＮＧＨｕｉｃｈｕｎ∗(ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＬｉｆｅＳｃｉｅｎｃｅｓꎬＱｉｎｇｈａｉＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＸｉᶄｎｉｎｇ㊀８１０００８ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅꎬｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｎａｎｏｍｅｔｅｒｔｉｔａｎｉｕｍｄｉｏｘｉｄｅｍａｔｅｒｉａｌｓａｒｅｂｒｉｅｆｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ.Ｔｈｅｃｏｍｍｏｎｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄꎬａｎｄｆｏｒｔｈｅｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｓｏｆｎａｎｏｍｅｔｅｒｔｉｔａｎｉｕｍｄｉｏｘｉｄｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎꎬｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｔｉｔａｎｉｕｍｄｉｏｘｉｄｅａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｎａｎｏｍｅｔｅｒｔｉｔａｎｉｕｍｄｉｏｘｉｄｅꎻｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔꎻｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎꎻｓｕｒｆａｃｅｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ㊀㊀目前ꎬ随着工业化进程的高速发展ꎬ废水㊁废气等污染物的排放量不断增加ꎬ环境污染问题愈发严重ꎬ寻找合适的污染物处理技术极为重要ꎮ光催化技术作为一种绿色天然的污染物处理技术受到研究者的青睐ꎬ具有良好的应用前景[１]ꎮ纳米二氧化钛是一种常用的半导体光催化剂材料ꎬ纳米材料兼有小尺寸㊁高精度㊁高光吸收率的特点和高稳定性㊁高催化活性㊁低价格㊁安全可靠㊁环保无污染等优良性能ꎮ但是ꎬ纳米二氧化钛在实际使用过程中受到限制ꎮ原因是:①纳米二氧化钛颗粒小㊁比表面积大ꎬ容易团聚使其表面能降低ꎻ②纳米二氧化钛禁带较宽ꎬ在可见光下催化活性较低ꎬ而且它的光生电子－空穴对容易发生复合ꎬ所以ꎬ单一纳米二氧化钛作催化剂并不能达到很好的催化效果[２－３]ꎮ近年来ꎬ研究者积极研究二氧化钛光催化剂的各种改性方法ꎬ试图通过金属掺杂㊁染料敏化㊁碳材料复合等方法对纳米二氧化钛进行表面改性ꎬ以期扩大它的应用范围[４]ꎮ１㊀纳米二氧化钛的结构与性能纳米二氧化钛在自然界中有三种存在形式ꎬ即:锐钛矿型㊁金红石型和板钛矿型ꎮ金红石型纳米二氧化钛硬度高㊁密度大ꎬ比锐钛矿型纳米二氧化钛更稳定致密ꎬ其遮盖力和着色力也较高[５]ꎮ而锐钛矿型纳米二氧化钛的禁带宽度稍高于金红石型纳米二氧化钛ꎬ吸附氧能力强ꎬ具有更高的催化活性ꎬ但在一定的条件下ꎬ锐钛矿型纳米二氧化钛会逐渐转化为更稳定的金红石型纳米二氧化钛[６]ꎮ纳米二氧化钛作为一种常用的化工材料ꎬ具有半导体特性㊁化学稳定性㊁超亲水性㊁光催化活性㊁热稳定性㊁抗氧化性㊁多孔性等优良性能[７]ꎮ２㊀纳米二氧化钛的光催化机理二氧化钛光催化机理如图１所示ꎮ㊀㊀收稿日期:２０２０－０５－０８㊀㊀基金项目:青海师范大学本科生科技创新项目(ｑｈｎｕｘｓｋｊ２０１９０１３)㊀㊀作者简介:姬文慧(１９９７－)ꎬ女ꎬ本科在读ꎬ研究方向为食品科学与工程ꎬ电话:180****3720ꎻ联系人:王慧春(１９７４－)ꎬ女ꎬ博士ꎬ教授ꎬ研究方向为青藏高原药用植物资源开发与利用ꎬＥ－ｍａｉｌ:ｈｃｗａｎｇ＠ｑｈｎｕ.ｅｄｕ.ｃｎꎮ图１㊀二氧化钛光催化机理示意图纳米二氧化钛的光催化机理建立在电子－空穴理论基础上ꎬ其禁带宽度为３.２ｅＶꎬ经紫外光照射时ꎬ价带(ＶＢ)上的电子吸收能量发生跃迁ꎬ具有还原性的光生电子(ｅ－)在导带(ＣＢ)上生成ꎬ还原空气中的氧气生成氧负离子ꎻ价带上产生相应的具有氧化性的空穴(ｈ＋)ꎬ氧化水分子生成羟基自由基[８]ꎮ生成的高能活性基团Ｏ２－和 ＯＨ等将参与各种氧化还原反应㊁破坏有机污染物的化学键从而发挥其光催化活性ꎬ达到降解污染物的目的ꎮ３㊀纳米二氧化钛的制备纳米二氧化钛制备方法有很多ꎬ用不同方法合成的纳米二氧化钛在性能上稍有差异ꎮ常见的制备方法有气相法㊁液相法㊁电化学沉积法等ꎮ３.１㊀气相法气相法可以制备薄膜状二氧化钛材料ꎮ可分为磁控溅射法㊁原子层沉积法㊁脉冲激光沉积法等ꎮ３.１.１㊀磁控溅射法磁控溅射法的制备原理是:靶材中的原子被惰性气体放电产生的带电离子轰击ꎬ被释放出来后ꎬ沉积在衬底表面ꎬ形成二氧化钛薄膜[９]ꎮ该法可制备半导体㊁绝缘体㊁金属等多种材料ꎬ这种方法的优点是附着力强㊁成膜均匀且致密ꎻ缺点是制备成本较高ꎬ仪器操作繁琐ꎬ不易大规模生产ꎮ３.１.２㊀原子层沉积法原子层沉积法(ＡＬＤ)是通过将气相前驱体脉冲交替地通入反应器ꎬ在衬底上发生化学反应和化学吸附ꎬ从而形成致密的沉积薄膜的一种方法[９]ꎮ从２０世纪６０年代发展至今ꎬ这种方法逐渐发展成熟ꎮＡＬＤ方法制备的二氧化钛具有生长面积大㊁薄膜致密性强㊁阶梯覆盖率高等优点ꎮ３.１.３㊀脉冲激光沉积法脉冲激光沉积法(ＰＬＤ)ꎬ也被称为脉冲激光烧蚀法(ＰＬＡ)ꎬ是一种用激光轰击物质ꎬ诱导产生等离子体ꎬ沉淀在不同的衬底上ꎬ得到沉淀或者薄膜的一种方法ꎬ其制备的纳米二氧化钛具有较强的稳定性且易保存[１０]ꎮ３.２㊀液相法液相法可以制备粉体状的二氧化钛材料ꎮ具体可分为溶胶－凝胶法㊁液相沉淀法㊁溶剂(水)热法㊁微乳液法㊁水解法㊁微波合成法等ꎮ３.２.１㊀溶胶－凝胶法溶胶－凝胶法是以异丙醇钛等作为前驱体ꎬ加入盐酸㊁乙醇等后搅拌溶解ꎬ经超声波震荡得到溶胶ꎬ再经缩聚老化形成凝胶ꎬ最后干燥㊁煅烧即得二氧化钛[１１]ꎮ该法操作工艺简单ꎬ制得的二氧化钛颗粒均匀ꎬ分散性好ꎬ纯度高ꎻ缺点是前驱体原料成本较高ꎮ３.２.２㊀液相沉淀法液相沉淀法是在硫酸钛溶液中加入沉淀剂得到不溶性的氢氧化物ꎬ然后抽滤㊁洗涤ꎬ洗去其中的阴离子ꎬ最后烘干焙烧ꎬ制得二氧化钛[１２]ꎮ该法操作简单ꎬ成本较低ꎬ对设备㊁技术要求也不太苛刻ꎬ但是工艺参数不同ꎬ制得的二氧化钛特性略有差异ꎮ因此ꎬ用液相沉淀法制备二氧化钛需要确定最佳工艺参数以保证产品质量与特性的一致性ꎮ３.２.３㊀微乳液法微乳液一词产生于１９５９年ꎬ它由两种互不相溶的溶剂形成一个热力学稳定体系ꎬ该体系是透明或半透明的液体ꎬ其分散相<１００ｎｍꎮ微乳液法的基本原理是:当两种微乳液混合后ꎬ胶团粒子发生激烈碰撞ꎬ电解质迅速穿透彼此的界面并发生反应ꎬ生成纳米二氧化钛[１２]ꎮ此方法的优点是粒子的分散性好ꎬ操作过程比较简单ꎬ粒径大小可以人为操控ꎻ缺点是配置出的微溶液体系不稳定ꎮ３.２.４㊀溶剂(水)热法溶剂热法可用来制备二氧化钛ꎬ其中最常用的溶剂是水ꎬ故称水热法ꎮ它是一种在密闭的高压容器中ꎬ用水作溶剂ꎬ粉体经溶解再结晶的制备方法[１３]ꎮ与其他方法相比ꎬ水热法制得的二氧化钛粒度小ꎬ分布均匀ꎬ不易团聚ꎬ且成本低ꎬ可大规模生产ꎮ３.２.５㊀水解法水解法是在一定条件下将钛醇盐㊁四氯化钛㊁硫酸钛等作为前驱物在水溶液体系中充分水解ꎮ因水解物常以团聚物形式出现ꎬ故加入氨水将团聚颗粒打散ꎬ之后经煅烧形成二氧化钛晶体ꎮ３.２.６㊀微波加热合成法微波加热合成法是用微波照射钛材料ꎬ其内部的化学键振动并迅速发热ꎬ产生大量晶核ꎬ从而制成纳米二氧化钛[１４]ꎮ冯海涛等[１５]将微波加热法与液相沉积法相结合ꎬ制备出的二氧化钛薄膜具有良好的晶型㊁较大的比表面积ꎬ有效地提高了二氧化钛的光催化活性ꎮ３.３㊀电化学沉积法电化学沉积法根据制备材料沉积的位置不同分为阳极电化学沉积和阴极电化学沉积ꎮ阴极和阳极在电解质溶液中构成电场ꎬ正离子在阴极放电ꎬ沉积并附着在阴极上成膜ꎬ制得纳米二氧化钛薄膜[１６]ꎮ此方法的优点是:操作简单㊁成本低㊁光吸收好ꎬ也是广泛使用的制备方法之一ꎮ４㊀纳米二氧化钛的表面改性方法虽然纳米二氧化钛是人们最常用的新型光催化材料ꎬ但是它的应用还是有一定的局限ꎮ二氧化钛禁带较宽导致光吸收范围较窄ꎬ而且在光催化过程中产生的电子空穴很容易发生复合导致光催化活性低ꎮ基于此ꎬ研究者采用离子掺杂㊁贵金属沉积㊁碳材料复合以及光敏化等多种方法对纳米二氧化钛进行表面改性ꎬ并取得了一定的成果ꎮ４.１㊀离子掺杂掺杂改良是最常见的一种改良二氧化钛的方法ꎬ其优点是:材料选择范围广泛㊁制备方法多种多样㊁制作成本较低㊁可操作性强等ꎬ因此受到了广大研究者的青睐ꎮ离子掺杂主要包括以下几个方面ꎮ４.１.１㊀金属掺杂它的原理是将Ｆｅ３＋㊁Ｍｎ２＋㊁Ｃｏ３＋㊁Ｎｉ３＋㊁Ｃｕ２＋等金属离子引入二氧化钛的内部结构中ꎬ替代二氧化钛晶格结构中的部分钛离子ꎬ引起价带或者导带的位置发生改变ꎬ二氧化钛禁带宽度变窄ꎬ其对日光的利用率就随之提高[１７]ꎮ吴树新等[１８]采用浸渍法将Ｍｎ㊁Ｆｅ㊁Ｃｏ㊁Ｎｉ㊁Ｃｕ等金属掺杂在二氧化钛中ꎬ降解乙酸溶液ꎬ结果表明:二氧化钛经金属掺杂后其光催化性能有所提高ꎬ当掺杂量为０.００２时ꎬ这些掺杂金属离子的二氧化钛的降解活性由高到低依次为Ｃｕ２＋>Ｍｎ２＋>Ｆｅ３＋>Ｎｉ３＋>Ｃｏ３＋ꎮ４.１.２㊀非金属掺杂二氧化钛掺杂非金属一方面可发生轨道杂化使二氧化钛价带变宽而禁带变窄ꎻ另一方面ꎬ二氧化钛晶格结构中的氧被非金属离子所替代也会使二氧化钛禁带变窄ꎬ二者的叠加作用使得二氧化钛的光响应范围变大ꎬ光催化性能被进一步优化ꎮ向玉春[１９]以钛酸丁酯为钛源ꎬ棉花中的天然碳纤维为载体ꎬ用水热法制备出了碳纤维/纳米二氧化钛ꎬ得出的新型光催化剂比表面积增大㊁稳定性增强ꎮ４.１.３㊀稀土金属掺杂稀土金属离子掺杂是目前较为经济有效的对纳米二氧化钛表面改性的方法ꎮ其优点是有效抑制二氧化钛晶型的转变ꎬ同时降低电子－空穴复合率ꎬ提高二氧化钛的光催化活性[２０]ꎮ林乐瑜等[２１]用凝胶－溶胶法制备了掺杂镧㊁银离子的二氧化钛纳米材料ꎬ并在太阳光条件下对甲基橙溶液进行降解ꎬ结果显示:掺杂镧㊁银离子的二氧化钛降解效率明显优于未经掺杂的单一二氧化钛光催化剂材料ꎮ４.１.４㊀共掺杂共掺杂包括金属与非金属共掺杂㊁金属与金属共掺杂㊁稀土元素与非金属共掺杂㊁稀土元素与金属共掺杂等多种共掺杂方法ꎮ共掺杂的协同作用使得二氧化钛有了更优越的光催化性能[１１]ꎮ金属与非金属共掺杂不仅能够降低光生电子－空穴复合率ꎬ而且可以扩展二氧化钛的光响应范围ꎬ提高对太阳光的利用率ꎬ有很好的应用前景ꎮ张学军等[２２]用溶胶－凝胶法制备出的Ｃｅ/Ｓ共掺杂二氧化钛降解亚甲基蓝溶液的效果比单掺杂复合体或单一二氧化钛光催化剂的降解效果好ꎬ且在温度３００ħꎬ溶液为中性的条件下ꎬ可达到最佳降解效果ꎮ４.２㊀贵金属沉积贵金属主要是指金㊁银和铂族金属ꎬ它们性质稳定㊁色泽瑰丽㊁资源稀少ꎮ研究表明:当二氧化钛与贵金属联结在一起时ꎬ由于贵金属的功函数更高ꎬ光生电子就开始向贵金属表面转移ꎬ所以二氧化钛表面的负电荷慢慢变少直至消失ꎬ此时ꎬ氧吸附速率加快ꎬ光生电子－空穴复合率也逐渐降低ꎬ光催化活性显著提高ꎮ有研究者采用电化学阳极氧化法制备出二氧化钛纳米管阵列(ＴＮＴＡ)ꎬ然后又用银纳米粒子负载该二氧化钛纳米管阵列得到Ａｇ/ＴＮＴＡꎬ用于降解臧红Ｔꎬ结果表明:负载一定量银纳米粒子的二氧化钛纳米管阵列降解臧红Ｔ的效果比单一二氧化钛纳米管阵列降解臧红Ｔ的效果好[２３]ꎮ４.３㊀光敏化光敏化也是常见的改良二氧化钛的方法之一ꎬ常用的光敏化剂是有机染料ꎮ它的原理是:在二氧化钛半导体表面吸附一些光敏化剂ꎬ这些光敏化剂与宽禁带的二氧化钛半导体的价带和导带能量相匹配ꎬ利用光敏化剂对可见光的强吸收性来拓宽二氧化钛的光响应范围ꎬ使得二氧化钛可以更好地利用日光降解污染物ꎮ杨晓超等[２４]利用溶胶－凝胶法制备出以磁性Ｆｅ３Ｏ４－ＧＯ负载的ＺｎＯ－ＴｉＯ２光催化剂复合体ꎬ用铁酞菁敏化该复合体ꎬ提高其表面活性ꎬ其催化性能明显提高ꎬ且回收方便ꎮ４.４㊀碳材料的复合生物炭由于表面有多种活性官能团而具有超强的吸附性ꎬ还具有良好的电导性和化学稳定性ꎬ可以用来负载二氧化钛ꎮ张梦媚等[２５]用溶剂(水)热法制备了二氧化钛/生物炭复合材料ꎬ用它来处理低浓度氨氮废水ꎬ结果表明:在一定优化条件下ꎬ二氧化钛/生物炭复合物可以去除废水中绝大多数的ＮＨ４＋－Ｎꎬ达到很好的降解效果ꎬ此外ꎬ生物炭的超强吸附性也一定程度上解决了二氧化钛不易回收的难题ꎮ５㊀结语纳米二氧化钛是应用最为广泛的光催化剂之一ꎬ正确地选取纳米二氧化钛的制备及表面改性的方法ꎬ可以更加高效地利用纳米二氧化钛ꎬ提高其使用价值ꎮ纳米二氧化钛的制备及表面改性的方法绝不仅仅局限于本文所提到的ꎬ随着科学技术的飞速发展ꎬ人们一定会研究出更简洁㊁经济的方法制备纳米二氧化钛ꎬ为环境污染等问题提供更加行之有效的解决方案ꎬ使其更好地为人类服务ꎮ参考文献:[１]㊀徐赞ꎬ于薛刚ꎬ张宪明ꎬ等.ＴｉＯ２/ｇ－Ｃ３Ｎ４复合物的制备及其光催化性能[Ｊ].青岛科技大学学报(自然科学版)ꎬ２０１７ꎬ３８(６):５０－５５.[２]㊀张笑ꎬ宋武林ꎬ卢照ꎬ等.纳米二氧化钛分散液稳定性的研究进展[Ｊ].材料导报ꎬ２０１９ꎬ３３(Ｓ１):１６－２１. [３]㊀杨传玺ꎬ王小宁ꎬ杨帅ꎬ等.纳米二氧化钛光催化及其降解印染废水研究进展[Ｊ].应用化工ꎬ２０１７ꎬ４６(６):１１８５－１１８９.[４]㊀朱佳新ꎬ熊裕华ꎬ郭锐.二氧化钛光催化剂改性研究进展[Ｊ].无机盐工业ꎬ２０２０ꎬ５２(３):２３－２７ꎬ５４. [５]㊀王佳.Ｂｉ对纳米二氧化钛的改性研究[Ｄ].哈尔滨:黑龙江大学ꎬ２００９.[６]㊀陈扬ꎬ于洋ꎬ夏咏梅.二氧化钛光催化材料的制备方法与进展[Ｊ].世界有色金属ꎬ２０１９(１９):１６０－１６１. [７]㊀孟奇ꎬ刘兴海ꎬ王珍ꎬ等.纳米二氧化钛的综合论述[Ｊ].产业与科技论坛ꎬ２０１６ꎬ１５(１７):７８－７９. [８]㊀孟凡明ꎬ肖磊ꎬ孙兆奇.ＴｉＯ２薄膜光催化性能研究进展[Ｊ].安徽大学学报(自然科学版)ꎬ２００９(４):８１－８４. [９]㊀杨德威ꎬ杨培志.锐钛矿型ＴｉＯ２薄膜的研究进展[Ｊ].云南师范大学学报(自然科学版)ꎬ２０２０ꎬ４０(２):１５－２２.[１０]㊀田志勇.激光脉冲液相烧蚀法合成二氧化钛复合型纳米材料的进展[Ｊ].科技风ꎬ２０１９(９):１４２. [１１]㊀李研ꎬ于博ꎬ张晓庆ꎬ等.纳米二氧化钛的改性与应用进展[Ｊ].粉末冶金工业ꎬ２０１９ꎬ２９(６):７７－８１. [１２]㊀邢慧晋.纳米二氧化钛的制备及其应用探究[Ｊ].云南化工ꎬ２０１９ꎬ４６(３):１５０－１５２.[１３]㊀李子荣ꎬ毛杰ꎬ郑胜彪.水热法制备二氧化钛微球的形貌控制及机理研究[Ｊ].化学研究与应用ꎬ２０１５ꎬ２７(５):５８３－５８８.[１４]㊀孙丽.关于纳米二氧化钛光催化剂制备方法研究[Ｊ].化工管理ꎬ２０１７(７):２１１－２１２.[１５]㊀冯海涛ꎬ王芬ꎬ同小刚.微波液相沉积法制备二氧化钛薄膜[Ｊ].材料导报ꎬ２００６(Ｓ１):８５－８６.[１６]㊀马轲ꎬ朱艳ꎬ王静ꎬ等.纳米二氧化钛薄膜的制备技术及在环境保护中的应用[Ｊ].应用化工ꎬ２０１２ꎬ４１(８):１４２６－１４２９ꎬ１４３８.[１７]㊀曹文斌ꎬ许军娜ꎬ刘文秀ꎬ等.可见光活性氮掺杂纳米二氧化钛研究进展[Ｊ].材料工程ꎬ２０１５ꎬ４３(３):８３－９０.[１８]㊀吴树新ꎬ马智ꎬ秦永宁ꎬ等.过渡金属掺杂二氧化钛光催化性能的研究[Ｊ].感光科学与光化学ꎬ２００５ꎬ２３(２):９４－１０１.[１９]㊀向玉春.Ｃ纤维负载二氧化钛纳米粒子的制备[Ｊ].内江科技ꎬ２０２０ꎬ４１(３):４５ꎬ１１４.[２０]㊀王新海ꎬ马瑾.稀土掺杂纳米二氧化钛光催化剂的研究进展[Ｊ].化学工程师ꎬ２０１９ꎬ３３(８):５４－５９. [２１]㊀林乐瑜ꎬ程永清ꎬ刘根起ꎬ等.镧㊁银离子掺杂对ＴｉＯ２光催化活性的影响[Ｊ].钛工业进展ꎬ２０１０ꎬ２７(５):２３－２７.[２２]㊀张学军ꎬ马旭红ꎬ林立ꎬ等.Ｃｅ/Ｓ共掺杂ＴｉＯ２制备及其光催化活性[Ｊ].湖南城市学院学报(自然科学版)ꎬ２０１３ꎬ２２(１):６７－６９.[２３]㊀段薇.铟改性纳米二氧化钛的制备及其光催化性能研究[Ｄ].北京:北京交通大学ꎬ２０１６.[２４]㊀杨晓超ꎬ韦凤喜ꎬ刘蓉ꎬ等.磁性氧化石墨烯染料敏化复合物制备及其催化性能研究[Ｊ].化学与黏合ꎬ２０１７ꎬ３９(５):３２８－３３４.[２５]㊀张梦媚ꎬ何世颖ꎬ唐婉莹ꎬ等.ＴｉＯ２/生物炭复合材料处理低浓度氨氮废水[Ｊ].环境科学研究ꎬ２０１７ꎬ３０(９):１４４０－１４４７.。
二氧化钛
纳米二氧化钛光催化剂制备方法研究进展摘要：纳米二氧化钛作为一种新型的高性能材料，已受到了国内外研究人员的关注，并广泛应用于催化剂、半导体、传感材料、电子陶瓷等领域。
主要介绍了近年来国内外纳米二氧化钛制备工艺的研究状况，根据反应体系的物理形态将制备工艺分成气相法、液相法、固相法分别进行阐述，在此基础上分析比较了不同制备工艺的优缺点，并对其发展前景进行了展望。
关键词：纳米二氧化钛；光催化剂；气相；液相；固相纳米TiO2粉体性质稳定、无毒，催化活性高，价格低廉，氧化能力强，耐化学腐蚀性好，是优良的光催化剂、传感器的气敏元件、催化剂载体或吸附剂，也是制备功能陶瓷、高级涂料的重要原料，是目前应用最为广泛的纳米光催化材料之一。
1纳米TiO2的制备方法1.1气相法1.1.1物理气相沉积法(PVD)目前PVD法多用于TiO2薄膜的制备，其中应用较多的是溅射法。
溅射法是以2块金属板分别作为阳极和阴极，阴极为蒸发用的材料，在两极间充入氩气，施加的电压为0.3一1.5 kV。
两极间的辉光放电使氩离子形成。
在电场作用下，氩离子冲击阴极靶材表面，使靶上的TiO2蒸发出来，经惰性气体冷却凝结成纳米TiO2粉末。
唐晓山等采用溅射法在玻璃衬底上制备TiO2纳米薄膜，薄膜表面TiO2粒径在30nm左右，颗粒大小均匀、致密。
PVD法制备纳米TiO2的过程中不伴随化学反应，所制得的纳米TiO2纯度高、粒径小、晶型结构好、分散性好；但是对设备和技术要求高，回收率较低，成本较高。
1.1.2化学气相沉积法(CVD)CVD法是采用与PVD法相同的加热源，将含钛化合物、金属或合金原料在真空条件下或氩气、氮气等惰性气体中转化成气相，然后在底物表面进行化学反应，成核生长得到纳米粒子的过程。
1)激光诱导法。
该法采用聚焦脉冲CO2激光辐照TiCl4+O2体系，制得非晶态纳米TiO2。
M.Grujic-Brojcin等以异丙基醇钛作前驱体，经载气乙烯通入反应器中，用脉冲CO2激光器辐照，与氧气充分混合反应得到TiO2粉末，500℃下煅烧4 h后得到锐钛矿型粉体。
纳米二氧化钛光催化和磁性研究进展
摘要 ： 目的 ： 究 纳 米 二 氧 化 钛 光催 化 和 磁 性 研 究 进展 。 法 ： 阅文 献 杂 志 归 纳 总结 。 果 ： 量 的 磁 性 掺 杂 有 利 于提 高 探 方 参 结 适 二 氧 化 钛 纳 米 晶 的 光 催 化 性 能 。 论 ： 文 综 述 了不 同磁 性 掺 杂 二 氧 化 钛 磁 性 体 系的 发 展 现 状 ， 讨 了其 存 在 的 不 足 和 未 来 结 本 探
一
。
纳 米 Ｔ０。 制 备 方 法 是 ２ 世 纪 ７ ｉ 的 Ｏ Ｏ年 代 末 由 １ 专 利 首 ３本 次公开 ，Ｏ年代才 开始 正式生产使用 。 ８ 国内外合成纳米 Ｔ Ｏ ｉ
的 方 法 很 多 ， 据 所 要 求 制备 粒 子 的 性 状 、 构 、 寸 、 型 、 根 结 尺 晶 用 途 等 而 采 用 不 同 的 制 备 方 法 Ｌ 。 据 制 备 原 料 的 不 同 可 分 ３根 ］ 为 固相 法 、 相 法 和 液 相 法 。 相 法 是 将 金 属 盐 或 金 属 氧 化 气 固 物 按 一 定 的 比例 充 分 混 合 ， 磨 后 进 行 锻 烧 ， 生 固 相 反 应 研 发 后 ， 接 或 再 研 磨 得 到 超 微 粒 子 的一 种 制 备 方 法 。 种 方 法 直 这
的发展方 向。
关 键 词 ： ｉ ２磁 性 ； 杂 ； 催 化 ＴＯ ； 掺 光 中 图分 类 号 ： ２ 文献０ （０ １ ０ — ０ ２ 一Ｏ １０一 １４２１）５ ０３ ２
纳米 二氧 化钛 光催 化氧 化法 具有 氧化 能力强 、 降解彻 底 、 二 次 污 染 等 优 点 ， 为 最 引 入 注 目的 废 水 处 理 方 法 之 无 成 ｌ］ 】 通 过 对 Ｔｉ 进 行 掺 杂 ， 够 改 变其 相转 变 的 温 度 范 围 ， Ｏ： 能 可 以显 著 改 善其 光 吸 收 及 光 催 化 活 性 和 抗 菌 性 能 ［ 。 文 对 ２本 ］ 稀 土 掺 杂 发 光 材 料 和 过 渡 金 属 离 子 掺 杂 磁 性 材 料 领 域 的研 究 状 况 进 行 了分 析 和 总 结 。 １ ＴＯ。 制 备 方 法 ｉ 的
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。
实验32--纳米二氧化钛光催化剂的合成及其催化性能
实验32 纳米二氧化钛光催化剂的合成及其催化性能一、实验目的1．了解纳米光催化技术的基础知识和发展趋势。
2．掌握溶胶-凝胶法制备纳米粒子的原理，用溶胶-凝胶法制备纳米TiO2微粉。
3．了解纳米粒子常用的表征手段。
4．掌握纳米材料的合成方法并对其了解应用前景。
二、实验原理自70年代初发现二氧化钛电极具有光照下分解水的功能以来，有关二氧化钛半导体光催化剂的研究成为环境领域的一个热点。
用半导体光催化分解毒性有机物有两个优点：第一，适当选择催化剂，可以利用太阳能处理毒物，节约能源；第二，一些半导体的光生空穴具有很强的氧化能力，能彻底降解绝大多数有机物质，而且能将它们最后分解为二氧化碳、水和无机物，避免了用化学方法处理带来的二次污染。
制备纳米粒子的方法很多，如化学沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法、微乳液法、反相胶团法、气相法等。
溶胶－凝胶法(Sol－Gel法)是指无机物或金属醇盐经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理而成的氧化物或其它化合物固体的方法。
溶胶是指微小的固体颗粒悬浮分散在液相中，并且不停的进行布朗运动的体系。
根据粒子与溶剂间相互作用的强弱，通常将溶胶分为亲液型和憎液型两类。
由于界面原子的Gibbs自由能比内部原子高，溶胶是热力学不稳定体系。
凝胶是指胶体颗粒或高聚物分子互相交联，形成空间网状结构，在网状结构的孔隙中充满了液体(在干凝胶中的分散介质也可以是气体)的分散体系。
并非所有的溶胶都能转变为凝胶，凝胶能否形成的关键在于胶粒间的相互作用力是否足够强，以致克服胶粒－溶剂间的相互作用力。
对于热力学不稳定的溶胶，增加体系中粒子间结合所须克服的能垒可使之在动力学上稳定。
因此，胶粒间相互靠近或吸附聚合时，可降低体系的能量，并趋于稳定，进而形成凝胶。
该方法的优点是：(1)反应温度低，反应过程易于控制；(2)制品的均匀度和纯度高、均匀性可达分子或原子水平；(3)化学计量准确，易于改性，掺杂的范围宽(包括掺杂的量和种类)；(4)从同一种原料出发，改变工艺过程即可获得不同的产品如粉料、薄膜、纤维等；(5)工艺简单，不需要昂贵的设备。
- 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)。
Ｐｒ ｇ ｅ ｓ ｉ ｒ ｐａ ａ ｉ ｎ ｆｎａ ｓ ｚ ｄ ｉａｎ ｕ ｏ ｉ ｅ ｐ ｔ ａ ｌ ｓ ｏ ｒ ｓ ｎ ｐ ｅ ｒ ｔｏ ｏ ｎｏ ｉ ｅ ｔｔ ｉ ｍ ｄｉ ｘ ｄ ｈｏ ｏｃ ｔ ｙ ｔ ａ
Ｆａ ｈ ｎ ｉ ｎ Ｓ ｕａ ｘ
（ ｈａ ｘ Ｐｏｉｃ ｌ ｅ ａ ｏ ｔ ｙｏ ｉ ｓ ｒ ｎｔ ｉｇａｄＭｅｈｎ ｍ Ｓｍ ｌｔ ｇ Ｓ ａ ｎｉ ｒ ｎｉ ｙＬ ｂｒ ｏ Ｄｓ ｔ ｉｒ ｎ ｃａ ｉ ｉ ｕａｉ ， ｖ ａＫ ａ ｒ ｆ ａ ｅ Ｍｏ ｏ ｎ ｓ ｎ ８ ｏｉ ｎ ｅ ｉ ｒ ｎ ｃ ｎｅ， ａｊ７ １１ 。ｈｎ ） ￣ｊ Ｕ ｉ ｒｔ ｏ ｔａ ｄＳｉ ｃ Ｂ ｏ ２ ０ ３ Ｃ ｉ ｖ ｓｙ ｆＡ ｓ ｅ ｓ ｉ ａ
的物理形态将制备工艺分成气相 法 、 相 法 、 液 固相 法 分 别 进 行 阐 述 ， 此 基 础 上 分 析 比较 了不 同 制 备 工 艺 的 优 缺 在 点 ， 对 其 发 展前 景 进 行 了展 望 。 并
关键词 ：纳米二氧化钛 ； 光催化 剂 ； 气相 ； 液相 ； 固相
中 图分 类 号 ： Ｑ ３ ． １ Ｔ １４ １ 文 献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ６— ９ ０ ２ １ ） １ ０ ７— ４ １０ ４ ９ （０ ０ １ —００ ０
格低 廉 ， 氧化 能力 强 ， 耐化 学 腐 蚀 性 好 ， 优 良的光 是 催 化剂 、 附 剂 ， 催
也是制备功能陶瓷、 高级涂料的重要原料 ， 目 是 前应 用最 为广 泛 的纳米 光催 化材 料 之一 … 。
米 ＴＯ纯 度 高 、 径 小 、 型 结 构好 、 散 性 好 ； ｉ 粒 晶 分 但 是对设 备 和技 术要求 高 ， 回收率较 低 ， 本 较高 。 成
纳米 ＴＯ 粉体 性 质 稳 定 、 毒 ， 化 活 性 高 ， ｉ： 无 催 价
在玻 璃衬底 上 制备 ＴＯ 纳 米 薄膜 ， ｉ 薄膜 表 面 ＴＯ 粒 ｉ 径在 ３ ｍ 左 右 ， 粒 大 小 均 匀 、 密 。Ｐ Ｄ 法 制 ０ｎ 颗 致 Ｖ 备纳 米 ＴＯ 的过程 中不 伴 随化 学 反 应 ， ｉ 所制 得 的纳
ｓ ｓ ｗ ｒ ｉｉ ｅ ｎ ｏ ｇ ｓｐ ａ ｅ ｍｅ ｈ ｄ， ｑ ｉ ｈ ｓ ｔ ｏ ａ ｄ ｓ ｌ ｈ ｓ ｔ ｏ ｃ ｏ ｄｎ ｏｔ ｅ ｐ ｙ ｉａ ｓ ｅ ｔ ｆ ｅ ｅ ｅ ｅ ｄ ｖｄ ｄ ｉ ｔ ａ ｈ ｔ ｏ ｌ ｕ ｄ ｐ ａ ｅ ｍｅｈ ｄ， ｎ ｏ ｉ ｐ ａ ｅ ｍｅｈ ｄ ａ ｃ ｒ ｉ ｇｔ ｈ ｈ ｓｃ ｌａ ｐ ｃ — ｓ ｉ ｄ ｏｒ ａ ｔ ｎ ｓ ｓｅ Ａｄ ａ ｔ ｇ ｓａ ｄ ｄ ｓ ｄ ａ ｔ ｇ ｓ ｏ ａ ｈ ｐ ｏ ｅ ｓ ｗ ｒ ｎ ｌ ｚ ｄ ａ ｄ ｃ ｍｐ ｒ ｄ ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｏ ｍｅ ａｅ ｏ ｙ ｃｉ ｙ ｔ ｍ． ｖ ｎ ａ ｅ ｎ ｉａ ｖ ｎ ａ ｅ ｆｅ ｃ ｒ ｃ ｓ ｅ ｅ ａ ａｙ ｅ ｎ ｏ ａｅ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｆｒ ｒ ｃ ｔｇ ｒ ． ｏ
Ａｂｔ ｃ： ｓａｎｗｈｇ－ ｒ ｒ ｎｅｍ ｔ ｉ ，ａｏ ｉ ｄｔａ ｉｍ ｄｏｉ ＴＯ ） ａｅ ｔａｔ ｔ ｎｉ ｓ ｆ ｃ ｏ ｒ ｓｒ ｔＡ ｅ ｉ ｐ ｆ ｍａｃ ａ ｒ ｌｎｎ－ｚ ｔｎ ｉ ｄ ａ ｈｅｏ ｅａ ｓｅ ｉ ｕ ｘ ｅ（ ｉ２ ｈ ｖ ｔ ｃ ｄａｔ ｔｎ ｈ ｌ ｓ ａｒ ｅ ｅ ｏ ｏｓ ａ
Ｔｈ ｎ。 ｖ ｌ ｐ ｎ ｏｓ ｅ ｔｏ ｎｏ— Ｔｉ ｅ ｒ ｔｏ ｒ ｃ ｓ ｓ ｍａ ． ｅ ｄｅ ｅ ｏ ｍｅ ｔｐｒ ｐ ｃ ｆｎａ Ｏ２ｐｒｐａ ａｉｎ ｐ ｏ ｅ ｓｗａ ｄｅ Ｋ ｅ ｗｏｒ ｓ： ａ ｏｔｔｎｉｍ ｉｘｉｅ； ｈｏｏ ａａｙ ｔ ｇ ａ ｅ；ｉｕｉ ｈａ ｅ； ｏｉ ｈａ ｅ ｙ ｄ ｎ ｎ － ａ ｕ ｄ ｏ ｄ ｐ ｔｃ ｔｌｓ ； ａ ｐｈ ｉ ｓ ｓ ｌｑ ｄ ｐ ｓ ｓ ｌｄ ｐ ｓ
第４ ２卷 第 １ １期
２１ ０ ０年 １ １月
无 机 盐 工 业
Ｉ ＮＯＲＣＡＮＩ ＣＨＥＭＩ Ｃ ＣＡＬＳ Ｉ ＮＤＵＳ ＴＲＹ ７
纳 米 二 氧 化 钛 光 催 化 剂 制 备 方 法 研 究 进 展
范 拴喜
（ 宝鸡文理学 院陕西省灾害监测与机理模拟省重点实 验室 ， 陕西宝鸡 ７ １ １ ） ２ ０ ３
摘
要 ： 米 二 氧 化 钛 作 为 一 种 新 型 的 高 性 能 材 料 ， 受 到 了 国 内外 研 究 人 员 的关 注 ， 广 泛 应 用 于 催 化 剂 、 纳 已 并
半导体 、 传感 材料 、 电子 陶瓷等领域。主要介绍 了近年来 国内外纳米二氧化钛制备工 艺 的研究状 况 ， 根据反应体 系