纳米二氧化钛光催化材料及其应用..
(精选)纳米二氧化钛在物体表面的抗菌作用
纳米二氧化钛在物体表面的抗菌作用纳米TiO2问世于20世纪80年代后期，是一种有着普遍用途的无机材料。
因其独特的紫外线屏蔽、光催化作用、颜色效应等性能，在高级涂料、化妆品、废水处置、空气净化、杀菌和高效太阳能电池等方面有着广漠的应用前景。
纳米二氧化钛(TiO2)作为光催化半导体无机抗菌剂，具有广谱抗菌功能，能抑制和杀灭微生物，并有除臭、防霉、消毒的作用，其本身化学性质稳固且对人体和环境无害，光催化作用持久，因此愈来愈取得世人青睐。
纳米TiO2的结晶有两种晶态：即金红石型和锐钛型。
通常，金红石型的二氧化钛光催化能力差，而锐钛型的二氧化钛具有强光催化能力。
锐钛型纳米TiO2在H2O、O2体系中发生光催化反映，产生的羟基自由基(HO·)，能和多种细菌和臭体反映，而有效地灭菌和排除臭味，因此能够制成纳米TiO2抗菌剂。
纳米TiO2抗菌剂具有将细菌及其残骸一路杀灭清除的能力，同时还能将细菌分泌的毒素也分解掉。
而且纳米TiO2作为杀菌剂还具有以下几个特点：一是即效性好，如银系列抗菌剂的成效约在24h左右发生，而纳米TiO2仅需1h左右；二是TiO2是一种半永久维持抗菌成效的抗菌剂，不像其它抗菌剂会随着抗菌剂的溶出而成效慢慢下降；三是有专门好的平安性，与皮肤接触无不良阻碍。
本实验采纳了四种新型的纳米TiO2喷液(原液、复合液1#、复合液2斡、复合液3#)喷涂在瓷片和纸片上，并对其在瓷片和纸片应用中的杀菌成效进行了实验观看；同时咱们对涂有纳米TiO2喷液的部份瓷片通太高温预处置以后对其灭菌成效进行了观看实验。
1 材料与方式菌种来源大肠杆菌华南理工大学食物科学与工程学院实验室提供。
材料培育基营养肉汤培育基(g/100mL)：酪蛋白胨，牛肉浸膏，。
MR-VP培育基(g/100mL)：(月示)胨，葡萄糖，K2HPO4，pH值。
瓷片和纸片瓷片：3cm×3cm的干净瓷片。
纸片：白度为85(%，ISO)的针叶木浆抄成定量为60g/m2的纸片，其中不加任何化学药品。
纳米二氧化钛的应用
纳米二氧化钛的应用纳米二氧化钛作为一种高效、无毒的光催化剂，在环保领域的应用越来越受到人们的广泛关注和重视。
抗菌材料纳米TiO2以其优异的抗菌性能成为开发研究的热点之一，以期应用于水处理装置、医疗设备、食品包装、建材（如抗菌地砖、抗菌陶瓷卫生设施、抗菌砂浆、抗菌涂料等）、化妆品、纺织品、日用品以及家用电器等各个领域。
1、气体净化环境有害气体可分为室内有害气体和大气污染气体。
室内有害气体主要有装饰材料等放出的甲醛及生活环境中产生的甲硫醇、硫化氢及氨气等。
TiO2通过光催化作用可将吸附于其表面的这些物质分解氧化，从而使空气中这些物质的浓度降低，减轻或消除环境不适感。
大气污染气体，主要是由汽车尾气与工业废气等带来的氮氧化物和硫氧化合物。
利用纳米TiO2的催化作用将这些气体氧化成蒸汽压低的硫酸和硝酸，在降雨过程中除去，从而达到降低大气污染的目的。
在居室、办公室窗玻璃、陶瓷等建材表面涂敷TiO2光催化薄膜或在房间内安放TiO2光催化设备，均可有效地降解污染物，净化室内空气。
利用纳米TiO2开发出来的一种抗剥离光催化薄板，可利用太阳光有效去除空气中的NOx气体，而且薄板表面生成的HN03可由雨水冲洗掉，保证了催化剂活性的稳定。
2、抗菌除臭抗菌是指纳米TiO2在光照下对环境中微生物的抑制或杀灭作用。
TiO2光催化剂对绿脓杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等具有很强的杀能力。
当细菌吸附于由纳米二氧化钛涂敷的光催化陶瓷表面时，2被紫外光激发后产生的活性超氧离子自由基(·O2-)和羟基自由基(·OH)能穿透细菌的细胞壁，破坏细胞膜质，进入菌体，阻止成膜物质的传输，阻断其呼吸系统和电子传输系统，从而有效地杀灭细菌，并抑制细菌分解有机物产生臭味物质(如H2S、SO2、硫醇等)。
因此，纳米TiO2能净化空气，具有除臭功能。
3、处理有机污水工业污水和生活污水中含有大量的有机污染物，尤其是工业污水中含有大量的有毒、有害的有机物质，这些污染物用生物处理技术很难消除。
二氧化钛纳米材料的应用
5二氧化钛纳米材料的应用现有的二氧化钛纳米材料的应用领域包括涂料，牙膏，防紫外线，光催化，光电，传感，和电致变色以及光色体–这些应用领域前景良好。
二氧化钛纳米材料通常有电子带隙，电子伏特大于3.0，在紫外线区域具有高吸收性。
二氧化钛纳米材料性能非常稳定、无毒、价格便宜。
由于其良好的光学和生物学性能，可应用于紫外线保护。
如果水表面接触角大于130 °或小于5 °，可将表面分别定义为超疏水或超亲水表面。
各种玻璃制品具有防雾功能，如镜子，眼镜，具有超亲水或超疏水表面。
例如，冯等人发现可逆超亲水性和超疏水性，可来回切换二氧化钛纳米薄膜。
用紫外光照射二氧化钛纳米棒薄膜时，光生空穴和晶格氧产生反应，表面氧空缺。
动力学上，水分子与这些氧空缺相协调，球形水滴沿纳米棒填补了凹槽，并且在二氧化钛纳米棒薄膜上分散，接触角约为0°- 这会导致超亲水二氧化钛薄膜。
羟基吸附后，表面转化成大力亚稳态。
如薄膜被放置在黑暗中，被吸附羟基逐渐取代了大气中的氧气，表面回到原始状态。
表面润湿度由超亲水转换成超疏水。
由于超亲水或超疏水表面，许多不同类型的表面具有防污、自洁性能。
电气或光学性质随吸附而产生变化，二氧化钛纳米材料也可用来作为各种气体和湿度传感器。
就未来的清洁能源应用而言，最重要的研究领域之一，是寻找高效电力和/或氢气材料。
如二氧化钛和有机染料或无机窄禁带半导体敏化，二氧化钛能吸收光，形成可见光区域，并将太阳能转换成电能，应用于太阳能电池。
Gratzel领导的小组，运用染料敏化太阳能技术，实现了将所有太阳能转换成电流，转换效率物10.6％电流。
人们广泛研究了二氧化钛纳米材料用于水分解和制氢，这是因为于水氧化还原时，其具有合适的电子能带结构。
二氧化钛纳米材料另外应用- 二氧化钛纳米材料与染料或金属纳米粒子敏化时，形成光致变色。
当然，二氧化钛纳米材料的众多应用之一是光催化分解各种污染物。
5.1光催化应用二氧化钛被认为是最有效的、无害环境的光催化剂，广泛用于各种污染物的降解。
11、纳米TiO2的光催化原理及其应用
Abstract : In t his paper ,t he photocatalytic principle of nano2 TiO2 is int roduced. According to it s applica2 tion in t he field of wastewater t reat ment , air purification ,hydrogen production by t he photolysis of wate , solar cell etc ,t he photo catalytic principles of nano2 TiO2 are deeply discussed. Keywords :Nano2 TiO2 ; Photocatalysis ; Principle ;Application
图1 一些半导体化合物的带隙能 Eg 和导带 、 价带能级 (p H = 0) 当用λ ≤388nm 的紫外光照射锐钛型 TiO2 时 , 电子从价带激发到导带上 , 在价带上留下空 + 穴 ,形成光生电子一空穴对 e cb - h vb 。由于库仑 引力作用 ,它们处于束缚态 。但如有电场或 “化学 + 场” 存在 ,则 e cb 与 h vb 发生分离并迁移到粒子表 面的不同位置 ( 当 TiO2 粒子浸没在溶液中时 , 由 于形成双电层 , 从而产生 “自建电场” ; 粒子/ 溶液 + 界面处的氧化剂或还原剂可俘获 e cb 或 h vb ,可视
摘要 : 本文详细介绍了纳米 TiO2 的光催化原理 ,并结合其在污水处理 、 空气净化光解 水制氢 、 太阳电池等方面的应用进一步作了深入讨论 。 关键词 : 纳米二氧化钛 ; 光催化 ; 原理 ; 应用
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摘要：纳米二氧化钛作为一种重要的功能性材料，在光催化、电池、光电器件等领域具有广泛的应用潜力。
本文对纳米二氧化钛的制备方法进行了综述，并探讨了其在不同应用领域的研究进展。
主要包括溶胶-凝胶法、水热法、气相法等一系列制备方法及其优缺点，以及纳米二氧化钛在光催化、电池和光电器件等领域的应用前景。
最后，总结了现有研究中存在的问题，并展望了未来纳米二氧化钛在各个领域的发展趋势。
1. 引言纳米二氧化钛作为一种重要的半导体材料，因其独特的物理、化学性质而受到广泛关注。
其具有高比表面积、优异的光电催化性能、良好的化学稳定性、可控的光吸收能力等特点，使其在光催化、电池、光电器件等领域有着广泛的应用潜力。
在实际应用中，纳米二氧化钛的功能和性能往往与其结构和制备方法密切相关。
因此，研究纳米二氧化钛的制备方法及其应用是目前材料科学和化学领域的热点之一。
2. 纳米二氧化钛的制备方法2.1 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种常用的纳米二氧化钛制备方法。
该方法通过将金属前驱物溶解在有机或无机溶剂中，生成溶胶，然后通过控制溶胶的凝胶过程，形成纳米二氧化钛颗粒。
由于溶胶-凝胶法制备过程相对简单、可控性强，使得纳米二氧化钛的晶粒尺寸和形貌可以通过控制溶胶的成分、浓度、PH值等条件来调节。
然而，溶胶-凝胶法制备纳米二氧化钛的缺点是制备周期长，需要较高温度和长时间的热处理。
2.2 水热法水热法是一种采用高温高压水作为反应介质，将金属前体转化为纳米二氧化钛的制备方法。
水热法可以在相对较低的温度下制备出高度结晶的纳米二氧化钛颗粒，其晶形和晶面可通过调节反应温度和时间来控制。
由于水热法制备过程相对简单，且无需添加昂贵的添加剂，因此被广泛应用于纳米二氧化钛的制备。
2.3 气相法气相法是指将气体或气态前体转化为纳米二氧化钛的制备方法。
传统的气相法将有机金属化合物蒸汽通过热分解或水解，控制反应条件，形成纳米二氧化钛颗粒。
纳米二氧化钛的性质及应用进展
二、纳米二氧化氧化钛在光学领域具有广泛的应用，其中最具代表性的是光催化。纳 米二氧化钛在紫外光下能够高效降解有机污染物，如挥发性有机物、染料、农药 等。通过光催化反应，这些污染物可以被分解为无害的二氧化碳和水，从而达到 净化环境的目的。此外，纳米二氧化钛还可以用于光电催化制氢、太阳能电池等 领域。
一、纳米二氧化钛的性质
纳米二氧化钛是一种白色粉末，具有高透明度、高分散性和低能耗等特点。 其晶体结构包括锐钛矿型和金红石型两种，前者具有较好的光催化性能，后者则 具有较高的稳定性和耐候性。纳米二氧化钛的制备方法主要包括化学气相沉积、 液相法、溶胶-凝胶法等，其中最为常用的是液相法。
纳米二氧化钛具有优异的光学性能，其带隙能约为3.2 eV，对应于紫外光的 吸收波长范围。因此，纳米二氧化钛在紫外光下具有高效的光催化性能，可用于 降解有机污染物、抗菌消毒等领域。此外，纳米二氧化钛还具有较好的化学稳定 性和耐候性，使其在室外环境下仍能保持较高的活性。
六、结论
纳米二氧化钛作为一种重要的无机纳米材料，由于其独特的物理化学性质， 在光学、电子、医药等领域具有广泛的应用前景。本次演示对纳米二氧化钛的应 用研究进展进行了详细探讨，总结了其研究现状、成果与不足，并指出了未来的 研究方向。随着纳米技术的不断发展和新材料领域的不断创新，相信纳米二氧化 钛在未来将会在更多领域得到广泛应用，为人类社会的发展和进步做出贡献。
然而，纳米二氧化钛的应用仍存在一些问题和不足之处。首先，其制备过程 较为复杂，需要严格控制制备条件，以保证其结构和性能的稳定性。其次，纳米 二氧化钛的应用过程中可能存在一定的环境风险，需要加强对其生态毒理学的研 究和控制。最后，纳米二氧化钛的大规模生产和应用还需要进一步完善产业链和 市场推广。
结论
纳米二氧化钛的光催化性及其应用研究进展
纳米二氧化钛的光催化性及其应用研究进展作者：刁润丽来源：《佛山陶瓷》2021年第06期关键词：纳米二氧化鈦;光催化性;应用;进展1前言纳米材料是一类超细材料，粒径在0.1nm—100nm结构范围内，具有表面效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应等一些特殊性能[1，2]。
纳米二氧化钛是目前使用的最为广泛的新型无机纳米材料之一，又被称为纳米钛白粉。
纳米二氧化钛价格低廉，资源丰富[3]。
纳米二氧化钛有很多优异的物理、化学性质及光电等性能，如光催化性、屏蔽紫外线功能及颜色效应等，高的热导性、磁性，良好的透明性，优异的抗菌性，是新型光催化无极功能材料，且纳米二氧化钛在使用期间不会有自身损耗情况出现，因此应用非常广泛。
随着技术的发展，其应用领域还会进一步拓展。
2纳米二氧化钛的光催化机理TiO2半导体催化剂是建立在光化学和光物理基础上的，半导体由空的高能导带和低能价带两者构成，中间区域是禁带。
照射到表面的光能（A<400nm）等于或大于Ti02带隙（通常金红石3.0eV，锐钛矿3.2eV）的能量时，瞬间内可激发孤电子到Ti02导带，电子一空穴对形成。
由于光子、吸附物质和催化剂三者之间作用形式的不同，致使电荷向不同的方向转移，由此将催化反应分为催化光反应和敏化光反应，催化光反应中电荷的转移方向是由吸附物质到催化剂，敏化光反应中电荷的转移方向与此相反。
3纳米二氧化钛光催化性能的应用3.1空气净化随着社会经济的发展，大气污染不断加剧以及家用电器的过度使用，环境污染问题也越来越严重。
因此，如何净化空气、优化环境引起人们的高度重视，而TiO2光催化降解技术能有效解决这些问题，光催化技术是在常温、常压条件下，利用大气中的氧气，将其作为氧化剂，以便使空气得到净化的一种常用的空气净化方法。
此外，我们还应遏制住有害气体的主要来源，通过改善源头也能有效使空气质量得到改善，而关于这个来源主要有两个方面：室内空气污染和大气污染，大气污染主要是来自工业处理时所排放的废气、氮氧化物等，而我们可利用纳米TiO2进行氧化反应合成硝酸，从而在降雨的过程中被去除，有效降低污染;室内的有害气体主要来自于室内装潢、生活排污所产生的如甲醛、氨气等。
纳米二氧化钛的制备及其在环保领域的应用
纳米二氧化钛的制备及其在环保领域的应用纳米二氧化钛的制备及其在环保领域的应用一、引言地球资源的有限性和环境问题的日益严重，使得环保领域的研究与应用成为了当下的热点。
作为一种具有良好光催化活性和化学稳定性的纳米材料，纳米二氧化钛因其卓越的性能而备受关注，并在环保领域显示出广泛的应用前景。
二、纳米二氧化钛的制备方法纳米二氧化钛的制备方法有多种，常见的有溶胶-凝胶法、水热法、溶剂热法、水热-溶胶凝胶法等。
下面将介绍一种常用的制备方法——溶胶-凝胶法。
首先，将钛酸四酯等钛源溶解于适量氯化氢水溶液中。
然后进行水解反应，控制反应温度和pH值，使得溶液中的钛离子发生水解生成氢氧化钛。
接着通过酸加热处理或直接加热，使氢氧化钛凝胶生成金红石型TiO2固体。
最后，经过洗涤、过滤、烘干等步骤，得到纳米二氧化钛粉末。
三、纳米二氧化钛在清洁能源领域的应用1.光催化降解有机污染物纳米二氧化钛具有优异的光催化活性，可以利用光照将有机污染物降解为无害物质。
然而，纳米二氧化钛本身的光吸收范围主要集中在紫外光区域，限制了其在可见光区域的光催化活性。
为了解决这一问题，研究者们通过掺杂、修饰等方法，对纳米二氧化钛进行改进，提高其在可见光区域的光吸收能力。
例如，将纳米二氧化钛与纳米碳管复合，形成TiO2/N-CNT异质结构，提高了纳米二氧化钛的吸光性能，使其具备了可见光催化降解有机污染物的能力。
2.光催化水分解产氢利用纳米二氧化钛的光催化性质，通过光照反应将水分解为氧气和氢气，可作为一种清洁的氢能源生成方法。
研究者通过改变纳米二氧化钛的结构和形貌，提高其光催化水分解的效率。
例如，将纳米二氧化钛与金属催化剂负载在载体上，形成复合材料，可以增强材料的光催化性能。
此外，通过表面修饰纳米二氧化钛，改变其表面电子结构，也可提高光催化水分解的效率。
四、纳米二氧化钛在污水处理领域的应用1.有机污染物的去除纳米二氧化钛对有机污染物具有较好的光催化降解性能。
纳米二氧化钛在生活中的应用
纳米二氧化钛在生活中的应用前言纳米TiO2具有十分宝贵的光学性质，在汽车工业及诸多领域都显示出美好的发展前景。
纳米TiO2还具有很高的化学稳定性、热稳定性、无毒性、超亲水性、非迁移性，且完全可以与食品接触，所以被广泛应用于抗紫外材料、纺织、光催化触媒、自洁玻璃、防晒霜、涂料、油墨、食品包装材料、造纸工业、航天工业中、锂电池中。
在此仅介绍纳米TIO2在光催化触媒生活中的应用。
一、纳米TIO2光催化原理在日光或灯光中紫外线的作用下使Ti02激活并生成具有高催化活性的游离基，能产生很强的光氧化及还原能力，可催化、光解附着于物体表面的各种甲醛等有机物及部分无机物。
能够起到净化室内空气的功能。
纳米二氧化钛在光催化作用下使细菌分解而达到抗菌效果的。
由于纳米二氧化钛的电子结构特点为一个满 TiO2的价带和一个空的导带 ,在水和空气的体系中 , 纳米二氧化钛在阳光尤其是在紫外线的照射下 ,当电子能量达到或超过其带隙能时 ,电子就可从价带激发到导带 ,同时在价带产生相应的空穴 ,即生成电子、空穴对 ,在电场的作用下 ,电子与空穴发生分离 ,迁移到粒子表面的不同位置 ,发生一系列反应 :TiO2+ hν e —— + hH2O + h——·OH+ HO 2 +e—— O2·O 2·+ H—— HO2·2HO2· —— O2+ H2O2H 2O2+O2· ——·OH+OH +O2吸附溶解在TiO2表面的氧俘获电子形成O2·, 生成的超氧化物阴离子自由基与多数有机物反应(氧化) ,同时能与细菌内的有机物反应 ,生成CO2和H2O;而空穴则将吸附在TiO2表面的OH和H2O氧化成·OH,·OH 有很强的氧化能力 ,攻击有机物的不饱和键或抽取H原子产生新自由基 ,激发链式反应 ,最终致使细菌分解。
TiO2的杀菌作用在于它的量子尺寸效应 ,虽然钛白粉(普通 TiO2)也有光催化作用 ,也能够产生电子、空穴对 ,但其到达材料表面的时间在微秒级以上 ,极易发生复合 ,很难发挥抗菌效果，而达到纳米级分散程度的TiO2,受光激发的电子、空穴从体内迁移到表面 ,只需纳秒、皮秒、甚至飞秒的时间 ,光生电子与空穴的复合则在纳秒量级 ,能很快迁移到表面 ,攻击细菌有机体 ,起到相应的抗菌作用。
纳米二氧化钛的制备及光催化分析
苏州科技大学材料科技进展化学生物与材料工程学院材料化学专业题目：纳米二氧化钛的制备及光催化*名：**学号：**********指导老师：***起止时间：5月20日——6月8日纳米二氧化钛的制备及光催化吕岩（苏州科技学院，化学与生物工程材料学院，江苏，苏州，215009）摘要:纳米二氧化钛是种重要的纳米材料，其在众多领域有着广泛的应用。
本文主要介绍纳米二氧化钛的多种制备方法，包括化学气相法(化学气相沉积法、化学气相水解法等)、液相法( 溶胶凝胶法、沉淀法、水热合成法等)两大类,并分析了各种工艺的优劣。
并介绍纳米二氧化钛光催化反应原理,基本方法,影响因素,及其广泛的应用。
通过介绍纳米二氧化钛的制备及光催化的研究，更深刻理解其在生产生活中应用。
关键词：纳米TiO2，制备方法，光催化.The study on preparation of nanometer TiO2 and photocatalyticLv Yan(University of Science and Technology of Suzhou,School of Chemical and Biological Engineering Materials,Jiangsu,Suzhou,215009) Abstract: A s an important nanomaterial nanometer TiO2 has wide app lications in many fields, such as environmental production. Preparation methods of nanomaterial TiO2w ere briefly summarized, including chemical gas phase method( CVD and chem ical gas phase hydro lysis method etc. ) and liquid phase method( sol- gelmethod, precipitation method, hydrothermal synthesismethod etc. ). The advan tages and disadvanges o f everym ethod w ere analyzed. Introduce nano TiO2reaction principle, basic method, influence factors, and its wide application. Through the introduction of the preparation of nano TiO2 research, a deeper understanding of its application in the production and living.Key words: nanometer T iO2; preparation method, photocatalysis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。
混凝土中添加纳米二氧化钛的应用研究及其对光催化性能的影响
混凝土中添加纳米二氧化钛的应用研究及其对光催化性能的影响一、引言纳米材料因其特有的物理、化学性质，被广泛应用于多种领域中。
其中，纳米二氧化钛由于其良好的光催化性能，被广泛应用于环境污染治理、自清洁材料制备等领域。
而混凝土作为建筑领域中常用的材料，其耐久性、强度等性能的提升一直是人们关注的热点问题。
因此，将纳米二氧化钛添加到混凝土中，以期提高混凝土的光催化性能，具有重要的研究和应用价值。
二、纳米二氧化钛的光催化性能纳米二氧化钛具有很强的光催化性能。
其主要表现在以下几个方面：1. 光催化降解有机污染物纳米二氧化钛能够吸收紫外光，产生电子和空穴对，从而引发一系列的光化学反应。
实验表明，纳米二氧化钛能够催化降解大量的有机污染物，如苯酚、甲基橙等。
2. 光催化杀菌纳米二氧化钛能够通过产生活性氧物质，抑制或杀死微生物，如细菌、病毒等。
这种光催化杀菌的效果不仅高效，而且安全、环保。
3. 光催化自清洁纳米二氧化钛在阳光的作用下能够分解吸附在其表面的污染物，从而实现自我清洁。
这种自清洁效应被广泛应用于建筑材料、汽车涂层等领域。
三、混凝土中添加纳米二氧化钛的研究现状随着对纳米材料性质的深入研究，人们开始将纳米材料应用于混凝土中，以期提高混凝土的性能。
目前，混凝土中添加纳米二氧化钛的研究已经取得了一定的成果。
1. 纳米二氧化钛的添加量添加纳米二氧化钛的量是影响混凝土光催化性能的关键因素之一。
研究表明，当纳米二氧化钛的添加量为1%时，混凝土的光催化性能最佳。
2. 纳米二氧化钛的形态纳米二氧化钛的形态也会影响混凝土的光催化性能。
研究表明，球形纳米二氧化钛的光催化性能优于棒状纳米二氧化钛。
3. 光照条件光照条件对混凝土中纳米二氧化钛的光催化性能也有很大的影响。
研究表明，越强的光照条件能够激发更多的电子和空穴对，从而提高混凝土的光催化性能。
四、混凝土中添加纳米二氧化钛的制备方法混凝土中添加纳米二氧化钛的制备方法有多种，其中比较常用的方法包括溶胶凝胶法、水热法、微乳法等。
纳米二氧化钛光催化应用
纳米二氧化钛光催化应用纳米二氧化钛是近年来发展起来的一种新型高性能材料，其粒子尺寸在1～100nm，表面能和表面张力随粒径的下降急剧增大而使其具有块状材料所不具备的量子尺寸效应、体积效应、表面效应和宏观隧道效应。
与常规材料相比，纳米二氧化钛具有比表面积大、磁性强、光吸收性好、表面活性大、热导性好、分散性好等独特的性能，同时还具有光化学性质稳定、催化效率高、氧化能力强、无毒、价格便宜等优点，在化妆品、塑料、涂料、精细陶瓷、催化剂及环保领域应用广泛。
无机抗菌剂纳米二氧化钛是一种N型半导体，受到波长小于387.5nm 的紫外光的照射时，价带上的电子跃迁到导带，激发电离出电子同时产生正电性的空穴，产生电子–空穴对(e--h+)，并与其表面吸附的O2 和OH- 作用生成超氧化物阴离子自由基O2-和羟基自由基·OH，新生成的这两种自由基非常活泼，当遇到细菌时直接攻击细菌的细胞壁、细胞膜或细胞内的组成成分，对绿脓杆菌、大肠杆菌、金黄葡萄球菌、沙门氏菌、牙枝菌和曲菌及癌细胞等有很强的杀灭能力。
以·OH为例，·OH有很强的氧化能力，它攻击有机物的不饱和键或抽取其氢原子，反应产生的新自由基将会激发链式反应，致使细菌蛋白质的多肽链断裂和糖类解聚，杀死细菌并使之分解。
美国得克萨斯大学研究人员将大肠杆菌和纳米二氧化钛混合液在大于380nm 的光线下照射，发现大肠杆菌以一级反应动力方程被迅速杀死。
东森公司研制的纳米二氧化钛对23 种有害细菌具有明显的杀菌、抑菌效果。
日本已经开发出了用纳米二氧化钛被覆的抗菌陶瓷品，其制造工艺是先将纳米二氧化钛加水制成浆料，涂在陶瓷砖表面，经高温锻烧即得到1cm厚具有杀菌性能的纳米二氧化钛薄膜产品。
该产品在光照射下能完全杀死表面细菌；若要使其在微弱光下亦有抗菌性能，可在纳米二氧化钛浆料中添加银、铜离子化合物。
添加约1%纳米二氧化钛的抗菌塑料，可广泛应用于食品包装、电器、家具、餐具、公共设施等，以防止病菌的繁殖和交叉感染。
纳米TiO2光催化材料及其应用
在光电转换效率提高方面的应用实例
太阳能电池：纳米 TiO2光催化材料 可以提高太阳能电 池的光电转换效率
光电探测器：纳米 TiO2光催化材料 可以提高光电探测 器的灵敏度和响应 速度
光催化反应：纳米 TiO2光催化材料 可以提高光催化反 应的效率和选择性
光催化降解：纳米 TiO2光催化材料 可以提高光催化降 解污染物的效率和 选择性
纳米TiO2光催化材 料及其应用
,
汇报人：
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01
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04
纳米TiO2光催 化材料的应用 领域
02
纳米TiO2光催 化材料的特性
05
纳米TiO2光催 化材料的应用 实例
03
纳米TiO2光催 化材料的制备 方法
06
纳米TiO2光催 化材料的发展 前景与挑战
01 添加章节标题
理效率
纳米TiO2光催 化材料可以应 用于家庭净水 器提高家庭用
水质量
纳米TiO2光催 化材料可以应 用于农业灌溉 提高灌溉水质 促进农作物生
长
在空气净化方面的应用实例
纳米TiO2光催化材料可以分解空气中的有害气体如甲醛、苯等 纳米TiO2光催化材料可以杀灭空气中的细菌和病毒提高室内空气质量 纳米TiO2光催化材料可以降解空气中的PM2.5等颗粒物降低空气污染程度 纳米TiO2光催化材料可以消除空气中的异味如烟味、宠物异味等
04
纳米TiO2光催化材料 的应用领域
水处理
光催化降解水中的有机物和 微生物
光催化氧化水中的污染物和 重金属
光催化净化水中的异味和颜 色
纳米TiO2光催化材料在水处 理中的应用
光催化处理废水和污水实现 水资源的循环利用
纳米二氧化钛光催化材料
1.1
ZnO
3.2
TiO2（Rutile)
3.0
TiO2(Anatase)
3.2
WO3
2.7
CdS
2.4
ZnS
3.7
SnO2
3.8
SiC
3.0
半导体价带的光激发
空气和溶液中通常是氧
固体中的光激发和脱激过程
光生电子—空穴对的氧化还原机理
TiO2光催化主要反应步骤
01
04
02
05
07
08
添加标题
hv
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复合
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H+VB
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价带空穴诱发氧化反应
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导带电子诱发还原反应
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捕获导带电子生成Ti3+
03
06
09
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CB
敏化剂激发后电子转移
电子转移给受体
催化剂再生
表面还原处理
对于TiO2光催化反应，电子向分子氧的转移是光催化氧化反应的速度限制步骤，故表面Ti3+数量越多，越有利于电子向分子氧的转移。
另一方面，在TiO2表面，Ti3+通过吸附分子氧，也形成了捕获光生电子的部位
一方面，随着TiO2表面Ti3+位的增多，TiO2的费米能级升高，界面势垒增大，减少了电子在表面的积累及与空穴的进一步复合
半导体禁带明显变宽，电子—空穴对的氧化能力增强 半导体电荷迁移速率增加，电子与空穴的复合几率降低 活性增大
催化剂颗粒直径的影响
当粒径在1~10nm级时会产生量子效应
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温度的影响
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纳米二氧化钛的光催化特性及应用进展
光、 敏感特性和表面稳定性等不 同于常规粒子 ， 例
如 纳 米 ｉ２ ｒ 的强 度 、 ｏ 韧性 和 超 塑性 与 ｉ２ 晶相 ｒ 粗 ｏ 比大 大提 高 ， 用 于 生 产 纳 米 陶瓷 ｕ。 纳 米 微 粒 可 】
氧化性很高的 Ｏ 自由基 ， Ｈ 活泼的 Ｏ Ｈ自由基可以
把许 多难 降解 的 有 机 物 氧 化 为 Ｃ） 水 等 无 机 （ ２和
醛再 氧化 变 成 酸 ， 进 一 步 氧 化 变 成 Ｃ 和 水 。 酸 Ｏ 半 导体 的光 催化 活性 主要 取决 导 带 与价 带 的氧化
—
还 原 电位 ， 带 氧化 一还 原 电位 越 正 ， 带 的 氧 价 导
能高 ， 可用于磁记 录材料 ｌ， ３ 另外纳米二氧化钛 的 】
光 学性 质 使 其 用 于 高 档 轿 车涂 料 、 光 材 料 、 Ｅ 感 ＰＣ 电池 、 妆 品 、 品 包 装 、 学 纤 维 、 外 线 反 射 化 食 化 红 膜 、 身涂 料 等 － ， 隐 ５ 纳米 二 氧化 钛 也有 较好 的化 学 Ｊ 活性 ， 可用 于农 药 、 医药 、 环境 工 程 等方 面 。 从 以上 可 知 ， 米 二 氧化 钛 有 区别 于 常 规 粉 纳
１ 前
言
体 的 特殊 的物 理 、 学特 性 ， 而 应 用 十 分 广 泛 。 化 因 本 文仅 从纳 米 二氧 化钛 的光催 化 性 能及 其 应 用进 Байду номын сангаас展进 行 简要 评述 。
高科技的飞速发展对高效性 能材料 的要求越 来越高 ， 纳米尺寸的合成会为开发高性能新材料 和对 现 有 材料 的性 能 的改善 提供 一 条新 途 径 。纳
化一 还原 电位 越 负 ， 光 生 电子 和 空 穴 的 氧 化 及 则 还原 能力 就越 强 ， 而 使 光 催 化 降解 有 机 物 的效 从
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锐钛矿相
金红石相
粉体纳米TiO2光催化剂的制备
制备方法 溶胶-凝胶法 （sol-gel）
水热合成法
优点
不足
粒径小，分布窄，晶型为锐钛矿 前驱体为钛醇盐，成
型，纯度高，热稳定性好
本高
晶粒完整，粒径小，分布均匀， 反应条件为高温、高 原料要求不高，成本相对较低 压，材质要求高
化学气相沉积法 粒径小，分散性好，分布窄，化 技术和材质要求高，
TiO2 TiO2 TiO2 TiO2 TiO2 TiO2 TiO2
紫外
CO2 ，H2O
紫外
HCl，CO2，H2O
紫外，氙灯 CO，H2，烷烃，醇，酮，酸
日光灯
CO2，SO32-
紫外
CO2，H2O，无机离子，中间物
紫外
CO32-，NO32-，NH4+，PO43-，F- 等
紫外，太阳光
Cl-，PO43-，CO2
➢贵金属沉积
➢离子掺杂
➢添加适当的有机染料敏化剂 ➢采用复合半导体
载Pt后的TiO2光催化性能
h≥Eg
A
光生电子在Pt岛上富集，光生空
h+ e- Pt
穴向TiO2晶粒表面迁移，这样形
D
TiO2
成的微电池促进了光生电子和空 Areduced 穴的分离，提高了光催化效率
Doxidized
离子掺杂的TiO2光催化性能
纳米TiO2光催化绿色涂料对室内氨气等的降解
测试条件 气体浓度
放入涂料板前 一天
放入涂料板后 两天 五天 七天
去除效率 （%）
氨气（mg/m3) 1.93 0.60 0.32 0.22 0.18 91
甲醛（mg/m3) 0.90 0.43 0.21 0.13 0.07 92
苯（mg/m3) 0.86 0.64 0.25 0.15 0.05 94
CB S1
h
VB
S0
色素或染料
TiO2
ES1 ﹥ ECB 无光生电流产生
偶合型复合半导体电荷分离示2 h
B-
A
VB +
+ VB A+
包覆型复合半导体电荷分离示意图
TiO2
—
CB
— CB
h
SnO2 h
A
+
+ VB VB
A+
光催化剂固定化的技术优势
将光催化剂制成薄膜或以微粒形式负载于基质上： 有效解决了悬浮相光催化剂分离回收难的问题 可以克服悬浮相催化剂稳定性差、容易中毒等缺点 应用活性组分和载体的功能组合来设计新型光催化反应器 但是也存在光催化剂分散度降低，与反应物接触面积减小， 光吸收效果变差等缺点
（CVD）
学活性高，可连续生产
工艺复杂，投资大
微乳液法 可有效控制TiO2纳米粉末的尺寸
易团聚
纳米TiO2光催化剂的应用
➢ 环保方面的应用 ➢ 卫生保健方面的应用 ➢ 防结雾和自清洁涂层 ➢ 光催化化学合成
主要有机物光催化降解反应
有机物 催化剂
光源
光解产物
烃 卤代烃
羧酸 表面活性剂
染料 含氮有机物 有机磷杀虫剂
混晶纳米 TiO2的制备及其光催 化降解有毒有机污染物
组员：王劲松，李祎奔，陈良涛， 陈哲，李鑫，詹宇航
光催化技术的发展概况
A.1972年Fujishima和Honda在n-型半导体TiO2电极上发现 了水
的TiO2光催化剂脱除了多氯联苯中的氯，1977年Frank光催 化氧化CN-为OCN-，光催化技术在环保方面的应用 研究开始启动。
纳米TiO2是当前最有应用潜力的光催化剂
二氧化钛晶体的基本物性
形态 锐钛矿
晶格常数 相对密度 晶格类型
3.84
a
c
正方晶系 5.27 9.37
Ti-O距离 禁带宽度 /nm /eV
0.195 3.2
金红石
4.22 正方晶系 9.05 5.8 0.199 3
板钛矿
4.13 斜方晶系
TiO6
Ti
O
锐钛矿相和金红石相二氧化钛的能带结构
➢在窗玻璃、建筑物的外墙砖、高速公路的护栏、路灯等表面涂 覆一层氧化钛薄膜，利用氧化钛在太阳光照射下产生的强氧化能 力和超亲水性，可以实现表面自清洁
有机污垢
无机污垢
CO2 H2O
TiO2薄膜
光催化化学合成
➢ 有机合成
光催化不仅可分解破坏有机物，在适当条件下还能用 来合成一些有机物。如在非水溶剂中，苯乙烯光催化聚合 生成聚苯乙烯
近十几年来，半导体光催化技术在环保、卫生保健等方面的 应用研究发展迅速，纳米光催化成为国际上最活跃的研究领 域之一。
光催化剂的纳米尺寸效应
➢量子效应
当半导体粒径小于某一纳米尺寸时，导带和价带间的能隙变宽，光 生电子和空穴的能量增加，氧化还原能力增强
➢表面积效应
随着粒子尺寸减小到纳米级，光催化剂的比表面积大大增加，对底 物的吸附能力增强
卫生保健方面的应用
➢ 灭杀细菌和病毒
可以用于生活用水的的杀菌消毒；负载TiO2 光催化剂的玻璃、 陶瓷等是医院、宾馆、家庭等各种卫生设施抗菌除臭的理想材料
➢ 使某些致癌细胞失活
防结雾和自清洁涂层方面的应用
➢在紫外光照射下，水在氧化钛薄膜上完全浸润。因此，在浴室 镜面、汽车玻璃及后视镜等表面涂覆一层氧化钛可以起到防结雾 的作用
➢ 无机反应
H2O(l)
h
PC
H2+1/2O2
N2(g)+3H2 h 2NH3
PC
纳米TiO2光催化技术的不足
➢ 光致电子和空穴对的转移速度慢，复合率高，导致光
催化量子效率低
➢ 只能用紫外光活化，太阳光利用率低 ➢ 粉末状TiO2在使用过程中存在分离、回收困难等问题
提高TiO2光催化性能的主要途径
➢2001年Asahi等日本学者报道了 氮掺杂的TiO2 ,引起人们对阴离 子掺杂光催化剂及其可见光响应 性能的广泛兴趣。
➢过渡金属离子的掺杂会在半导体晶格中引入能捕获光致 电子和空穴的缺陷；或改变结晶度，使激发光的波长红移
光敏化原理示意图
S1 CB
h
S0 色素或染料 VB
TiO2
ES1 ﹥ ECB 有光生电流产生
➢载流子扩散效应
粒径越小，光生电子从晶体内扩散到表面的时间越短，电子和空穴 的复合几率减小，光催化效率提高
TiO2光催化材料的特性
➢ 光催化活性高（吸收紫外光性能强；禁带和导带 之间的能隙大，光生电子和空穴的还原性和氧化 性强）
➢ 化学性质稳定(耐酸碱和光化学腐蚀),对生物无 毒
➢ 在可见光区无吸收，可制成白色块料或透明薄膜 ➢ 原料来源丰富
CB/e-
3.2eV
VB/h+
0.2eV CB/e-
两者的价带位置相同，光生空穴具有相同的氧 化能力；但锐钛矿相导带的电位更负，光生电
子还原能力更强
3.0eV
混晶效应：锐钛矿相与金红石相混晶具有更高
光催化活性，这是因为在混晶氧化钛中，锐钛
矿表面形成金红石薄层，这种包覆型复合结构
VB/h+ 能有效地提高电子－空穴对的分离效率