TiO2纳米材料
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TiO2在纺织材料中的功效
纳米TiO2在纺织材料中的功效随着纺织工业的发展和人民生活水平的日益提高，人们对纺织品质量的要求越来越高，对环保和功能性的要求也日益重视，传统的纺织品已不能满足现代产业用、服装用和装饰用的最新要求。
现代纺织品的方向发展已朝向多元化和功能化。
纳米TiO2（VK-T25F）因具有价廉无毒、粒径小、比表面积大、磁性强、催化活性高、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、稳定性好等优点而倍受关注。
目前，TiO2（VK-T25F）在纺织品中主要有抗紫外线、抗菌、抗静电、消光、抗老化、自清洁和隔热等主要优点。
1·抗紫外性能许多无机材料如纳米TiO2（VK-T25F）、ZnO（VK-J30,VK-J50）等均具有抗紫外性能。
其中，纳米TiO2（VK-T25F）无毒、稳定，不但可吸收紫外线，还可透过可见光。
纳米TiO2（VK-T25F）作为抗紫外吸收剂已广泛应用到涤纶等合成纤维织物、天然纤维棉织物及复合材料中。
利用纳米TiO2（VK-T25F）对涤纶长丝织物进行整理，整理织物抗紫外吸收性能较好，耐洗性较好，且对织物的刚柔性、透气性和强力影响较小。
SEM 扫描结果显示纳米TiO2（VK-T25F）颗粒在织物表面呈现局部分散和团聚的不均匀状态。
针对纳米TiO2易团聚的问题，采用溶胶-凝胶法制备纳米TiO2溶胶（VK-TA33），整理棉织物具有优异的抗紫外性能，耐洗性优异，断裂强力和透气性基本不受影响。
以钛酸丁酯和乙醇为原料，采用溶胶-凝胶法制备纳米TiO2（VK-TA33），获得了优异的抗紫效果。
利用熔体共混方式制备了纳米TiO2/聚丙烯复合材料，结果发现：TiO2（VK-T25F）含量越高，紫外光的屏蔽效果越好，纳米TiO2对聚丙烯有结晶成核作用，球晶尺寸明显减小，且复合材料力学性能良好。
2·抗菌性能目前，抗菌剂应用广泛的是耐热性好、抗菌谱广、有效期长的无机抗菌剂。
利用载银纳米二氧化钛(VK-T07,VK-TA33Ag)整理棉织物，通过银离子的溶出和 TiO2光催化的相互促进，获得了具有耐久性的双重抗菌织物。
纳米TiO2
液相法
溶胶法：加酸使其形成溶胶，经表面活性剂处理，得到浆 状胶粒，热处理得到纳米TiO2粒子。 溶胶-凝胶法（简称S—G法）：是以有机或无机盐为原料， 在有机介质中进行水解、缩聚反应，使溶液经溶胶-凝胶化 过程得到凝胶，凝胶经加热（或冷冻）干燥、锻烧得到产 品。该法得到的粉末均匀，分散性好，纯度高，煅烧温度 低，反应易控制，副反应少，工艺操作简单，但原料成本 较高。
光催化分解水制氢
氢能是一种理想的清洁能源，电解水制氢是一种成熟技术，但耗电量 大，成本很高。而阳光非常丰富，因此用纳米Ti02作光催化剂，利用 太阳能分解水制H2，是一条可供选择的解决能源问题的合理途径。
在Ru02／Ti02／Pt复合催化剂上水的光分解
Ti02的带隙较宽，光响应范围窄，只能被阳光中的紫外线部分激活， 而阳光中能辐射到地面的紫外线只有3％左右。光转换得用率更低， 最多1％。通常不是单独使用Ti02作光催化剂，而是在TiQ粒子表面沉 积“岛”状贵金属Pt和Ru02，构成短路微电池
沉淀法
A、直接沉淀法 反应过程为： Ti0SO4+2NH3·H2O → Ti0(OH)2↓ + (NH4）2 SO4 Ti0(OH)2 → Ti02(s)+H2O 该方法操作简单易行，产品成本较低，对设备、技术要求 不太苛刻，但沉淀洗涤困难，产品中易引入杂质，而且粒 子分布较宽。 B、均匀沉淀法 均匀沉淀法是利用某一化学反应使溶液中的构晶离子由溶 液中缓慢均匀地释放出来，在该法中，加入沉液剂（如尿 素），不立刻与被沉淀物质发生反应，而是通过化学反应 使沉淀剂在整个溶液中缓慢生成。该法得到的产品颗粒均 匀、致密，便于过滤洗涤，是目前工业化看好的一种方法。
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。
TiO2纳米材料的制备及其光催化性能
TiO2溶胶的制备及其光催化性能一、实验目的1•掌握水解法制备TiO2溶胶的基本原理；2.掌握多相光催化反应的催化剂活性评价方法；3•掌握紫外分光光度计的测试原理。
二、TiO2光催化简介1•光催化反应原理自从1972年日本学者Fujishima和Honda在n型半导体TiO2单晶电极上实现了水的光电催化分解制氢气以来，多相光催化技术开始引起世界各行各业科技研究者的极大关注。
半导体多相光催化技术作为一种环境友好型的新型催化技术，在环境治理、新能源开发以及有机合成等领域都有着广泛的应用。
TiO2是n型半导体，根据固体能带理论，TiO2半导体的能带结构是由一个充满电子的低能价带(valenceband，V.B.)和空的高能导带(conductionband，C.B.)构成。
价带和导带之间的不连续区域称为禁带(禁带宽度Eg)。
TiO2(锐钛矿)的Eg=3.2eV,相当于387nm光子的能量。
当TiO2受到波长小于387nm的紫外光照射时，处于价带的电子就可以从价带激发到导带(e-)，同时在价带产生带正电荷的空穴(h+)，从而形成电子-空穴对。
当光生电子和空穴分别扩散到催化剂表面时，和吸附物质作用后会发生氧化还原反应。
其中空穴是良好的氧化剂，电子是良好的还原剂。
大多数光催化氧化反应是直接或间接利用空穴的氧化能力。
空穴一般与TiO2表面吸附的H2O或OH-离子反应形成具有强氧化性的氢氧自由基OH・，它能够无选择性氧化多种有机物并使之彻底矿化，最终降解为CO2、H2O等无害物质。
而光生电子具有强的还原性可以还原去除水体中的金属离子。
光催化过程的基本反应式如下：TiO2+hv(>TiO2的禁带宽度3.2eV)—h++e-h ++e -—>hv （或热量）H 2OH ++OH -OH -+h +f•OHH 2O+h +f•OH +H+空气中游离氧的作用就犹如电子的受体，可形成超氧负离子・02-,超氧负 离子与羟基自由基一样也是强氧化还原活性的离子，它们可以氧化和降解半导 体表面上甚至其附近的许多细菌和其他有机物。
tio2纳米材料介绍
tio2纳米材料介绍
TiO2纳米材料是一种贵重的纳米材料，它具有优良的光催化性能、上见抗蚀性和低龟裂成本等特点，得到大量应用于技术领域。
微米级和纳米级TiO2纳米材料性质及机理跟随着纳米化的进程而改变，表现出较为巨大的差异。
纳米级TiO2的通畅性和光催化活性明显高于微米级TiO2。
纳米TiO2具有结构紧密、表面活性强、分散性好、比表面积大等优点，使其在实际的工程应用方面具有更大的潜力。
TiO2纳米技术被广泛应用于光催化脱水素、助焰液体、光催化净水膜、水净化废水技术等领域。
纳米TiO2
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2.3.1 光催化环保涂料
纳米TiO2氟碳涂料光照过程产生的羟基与生物大分子（如脂类、蛋白 质、酶以及核酸）通过一系列氧化链式反应对生物细胞结构引起广泛 的损伤性破坏，攻击有机物的不饱和键或抽取氢原子，使细菌蛋白质 变异或脂类分解（多肽链断裂和糖类解聚），将细胞质中的原生质活 酶破坏，以此杀灭细菌使之分解，赋予涂料很强的杀菌抑菌功能，对 空气中细菌、霉菌、发臭有机物等有净化的作用；有长期的防霉防藻 效果，强劲的抗粉尘和抗脏物的粘附能力；疏水性极佳，容易清洗涂 层表面的污物。
(5)含汞废水的处理：同六价铬还原相似，无机汞离子从半导体导带 到电子而被还原到零价汞。
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2.2.3. 对室内空气中污染物的降解
纳米TiO2光催化技术在清除挥发性有机物上(VOC)具有独到之处，能 将许多难于用其他方法降解的污染物最终达到无机化，一般生成二氧 化碳和水，以及相应的化合物。
(4)毛纺染整废水处理：把表面涂覆有纳米TiO2膜的玻璃填料填充于 玻璃反应器中，毛纺染整废水在反应器内循环进行光催化氧化处理。
(5)印染废水处理
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2.2.2. 降解水中无机污染物
(1)含铬废水的处理：用TiO2掺杂Pb 2+作为吸附剂，利用TiO2薄膜在光 催化下使Cr6+转化成Cr3+，去除率为99．5％。
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1.3.3 TiCl4水解法
TiCl4水解法就是以TiCl4为原料，以碱为催化剂，得到 Ti02的水合物，然后经过离心、洗涤、干燥和煅烧即可得 到纳米二氧化钛。
纳米TiO2光催化材料(讲)详解
0.199 3
板钛矿 4.13 斜方晶系
➢锐钛矿相和金红石相TiO2的能带结构
CB/e3.2eV
两者的价带位置相同，光生空
0.2eV CB/e-
穴具用相同的氧化能力;但锐钛矿 相导带的电位更负，光生电子还
原能力更强
3.0eV
VB/h+
VB/h+
混晶效应：锐钛矿相与金红石 相混晶氧化钛中，锐钛矿表面形 成金红石薄层，这种包覆型复合 结构能有效地提高电子-空穴的分 离效率
近年来，光催化技术在环保、卫生保健、自洁净 等方面的应用研究发展迅速，半导体光催化成为国际 上最活跃的研究领域之一。
纳米TiO2光催化剂简介
纳米TiO2是一种新型的无机金属氧化物材料， 它是一种N型半导体材料，由于具有较大的比表面积 和合适的禁带宽度，因此具有光催化降解一些化合 物的能力。
纳米TiO2以其优异的光催化活性、价格低廉、 无毒无害等优点得到了广泛的应用。
2.当氧的分压较低（如PO2 ≤5066.25Pa），底物S的浓度较高 （大于10-3mol/dm-3)时。温度效应取决于温度对有机底物和氧 吸附性能的影响。
其他影响因素 除了前面提过的影响因素外，外加氧化剂、光源、
光强、反应液中的盐等外界条件都可以对TiO2的光 催化活性产生一定的影响。
➢ TiO2光催化材料的特性
➢ TiO2光催化活性的光催化的影响因素
TiO2晶体结构的影响
在 TiO2的三种晶型锐钛矿、金红石和板钛矿中，锐钛矿表 现出较高的活性，原因如下：
1.锐钛矿较高的禁带宽度使其电子空穴对具有更正或更负 的电位，因而具有较高的氧化能力
2.锐钛矿表面ห้องสมุดไป่ตู้附H2O，O2及OH-的能力较强，导致光催 化活性较高
纳米二氧化钛的制备及性质实验
（2）光降解实验
标准曲线的制作：
（1）最大吸收波长
取0.005g/100mL的溶液于比色皿中，以蒸馏水为参比，从500nm-700nm范围内每隔50nm，测吸光度，在最大吸收波长周围以10nm为间隔重新扫描，寻找最大吸收波长。
液，最后直接加热，仍然会生成溶胶，只不过由于受热不均匀，水解速率不一而出现了大量气孔。这说明转速和滴速对溶胶的生成影响很小，加入适当试剂使钛酸正丁酯缓慢水解才是至关重要的。
2.亚甲基蓝的催化光解
得此浓度亚甲基蓝最大吸收波长为615nm,并制作标准曲线:
质量浓度mg/L
1
2
3
4
5
吸光度
0.056
0.145
五、实验仪器
量筒、烧杯、磁力搅拌器、电子天平、电热炉、马弗炉、移液枪、离心机、分光光度计等
六、实验过程
实验开始的第一天，早上八点左右进入实验室，取完所需要的实验器材，我便开始了实验。首先我严格按照上述所设计的流程配置了A液，A液在完全无水（除空气中的水汽外）的情况下配置，为淡黄色液体，未见浑浊。然后我配置了B液，与设计不同的是，调节酸性时，我认为盐酸与硫酸对于实验没有太大区别，于是选用6mol/L的硫酸调节B液pH小于3，最后待A、B液搅拌均匀后，在室温水浴下，我缓慢的将A液滴加入B液，一开始剂量比较小，混合液依然澄清，但刚刚滴加两试管后，混合液便出现白色浑浊，表明钛酸正丁酯已然水解成了颗粒较大的乳浊液，实验失败。于是我开始思考，到底是哪出了问题？滴加速率过快吗？还是搅拌不均匀？于是我又做了一次尝试，这次我加大了转速，放慢了滴加速率，但不幸的是，得到的结果还是失败的。到了下午，在老师的提醒下，我意识到，问题可能出在调节B液pH所用的酸上，硫酸根的作用可能对Ti(OR)4的水解产生了影响。于是我改用了浓盐酸进行调节，其余流程不变，终于得到了凝胶。历经一整天时间，失败了两次，我最终将凝胶制备了出来，坚持取得了胜利。之后，我将凝胶放置在电热炉里，让其烘干12小时以上。
纳米二氧化钛
纳米TiO2的基本知识 的基本知识 纳米
纳米二氧化钛主要有两种结晶形态： 纳米二氧化钛主要有两种结晶形态：锐钛型 ）。金红石型二氧 （Anatase）和金红石型（Rutile）。金红石型二氧 ）和金红石型（ ）。 化钛比锐钛型二氧化钛稳定而致密，有较高的硬度、 化钛比锐钛型二氧化钛稳定而致密，有较高的硬度、 密度、介电常数及折射率，其遮盖力和着色力也较高。 密度、介电常数及折射率，其遮盖力和着色力也较高。 而锐钛型二氧化钛在可见光短波部分的反射率比金红 石型二氧化钛高，带蓝色色调， 石型二氧化钛高，带蓝色色调，并且对紫外线的吸收 能力比金红石型低，光催化活性比金红石型高。 能力比金红石型低，光催化活性比金红石型高。在一 定条件下， 定条件下，锐钛型二氧化钛可转化为金红石型二氧化 钛。
纳米TiO2的性能 纳米TiO2的性能 TiO2
--------光催化性能 --------光催化性能
吸附在TiO2表面的氧俘获电子形成 表面的氧俘获电子形成 , 而空 吸附在 穴则将吸附在TiO2表面 表面OH-和H2O氧化成 穴则将吸附在 表面 和 氧化成 。 反应生成的原子氧和氢氧自由基有很强的化学 活性, 能分解有毒的无机物, 降解大多数有机物。 活性 能分解有毒的无机物 降解大多数有机物。特 别是原子氧能与多数有机物反应氧化反应, 别是原子氧能与多数有机物反应氧化反应 同时能与 细菌内的有机物反应, 生成二氧化碳、 细菌内的有机物反应 生成二氧化碳、水及一些简单 的无机物, 从而杀死细菌,清除恶臭和油污 清除恶臭和油污。 的无机物 从而杀死细菌 清除恶臭和油污。实验证 纳米能处理多种有毒化合物及细菌, 明, 纳米能处理多种有毒化合物及细菌 包括工业有 毒溶剂、化学杀虫剂、防腐剂、染料、 毒溶剂、化学杀虫剂、防腐剂、染料、油污以及对 人体有害的细菌等。 人体有害的细菌等。
二氧化钛
08021101 李倩茹二氧化钛纳米材料的合成、性质、改性和应用摘要：本文对二氧化钛纳米材料的合成方法，主要性质，与其他离子的掺杂改性及在环境光催化、涂料、传感器、化妆品等方面的应用进行了概述。
1.前言：纳米科学所研究的领域是人类过去很少涉及的非宏观、非微观的中间领域，这从很大程度上开辟了人类认识物质世界的新层次，也使人们改造自然的能力直接延伸到分子、原子水平，标志着人类的科学技术进入了一个新时代，即纳米科技时代。
而以纳米新科技为中心的新科技革命也将成为21世纪的主导。
新材料的研究和开发是推动世界经济发展的关键因素，近年来对于材料在纳米尺度上的研究使得许多材料在催化、光学、电磁学、热学、电子学、传感器、力学等方面都表现出不同于传统材料的特性，以此为基础，纳米物理学、纳米化学、纳米电子学、纳米生物学等纷纷相继问世，它们引起了世界各国科学工作者的浓厚兴趣，形成了当今国际上研究的新潮流、新趋势。
二氧化钛作为一种半导体氧化物，因在光催化、太阳能转化、传感器及介孔膜等领域的广泛应用而成为研究最多的氧化物之一。
2.TiO2纳米结构的合成方法：纳米TiO2的制备方法多种多样。
始发原料可以是TiCl4、Ti(OR)4、TiO(OH)2或TiOSO4、Ti(SO4)2以及金属Ti和普通粒级的TiO2等。
按反应物状态可分为气相法和液相法两大类[1]。
气相法是直接利用气体或通过各种手段将物质转变为气态，使之在气态下发生物理变化或化学反应，并生成纳米粒子的方法。
利用此法可以制取纯度高、团聚少、粒度小且粒径分布窄、烧结活性高的纳米粉体。
气相法中有优势的合成方法有TiCl4气相水解法和钛醇盐气相水解法。
液相法是制备各种氧化物微粒的最主要方法。
其基本原理是选择一种或多种合适的可溶性金属盐类，按一定组成配制成溶液，通过沉淀、蒸发、升华、水解等化学反应或过程对材料的微观结构和性能进行剪裁，从而制得具有特定组成和结构的纳米粉体。
液相法目前用的比较多，主要有溶胶-凝胶法、水热合成法和微乳液法。
纳米TiO2
纳米TiO2化学化工学院09应化本一陈新根 90714016纳米二氧化钛，亦称纳米钛白粉。
是一种新型的无机功能材料，由于其粒径在1到100nm之间，具有粒径小、比表面积大、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。
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。
1.1.纳米TiO2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。
1.1.1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。
液相法具有合成温度低、设备简单、易操作、成本低等优点是目前实验室和工业上广泛采用的方法。
其中包括溶胶——凝胶法、水热合成法、化学沉淀法等。
20世纪70年代以来溶胶——凝胶法在玻璃氧化物涂层、功能陶瓷粉料、玻璃和陶瓷纤维，尤其是在烧结方法难以制备的复合氧化物材料、高Tc氧化物超导材料等的合成中得到成功的应用。
该法制备的有机/无机纳米复合材料可用于改性无机玻璃、陶瓷及其它氧化物材料 也可用此方法以无机材料改性有机高聚物及复合膜的制备。
1.1.1.1溶胶——凝胶法溶胶——凝胶法具有化学均匀性好、纯度高、化学计量比易控制、设备简单、易操作等优点是目前研究得较多的二氧化钛制备方法。
溶胶——凝胶法制备二氧化钛粉体或薄膜基本原理是将金属醇盐或无机盐在有机介质中水解、缩聚反应得到凝胶 凝胶经陈化、干燥、锻烧制得所需材料。
溶胶——凝胶法制备纳米二氧化钛粉体虽然具有化学均匀性好、纯度高、易操作和成本低等优点 但其不足是制样需要的时间周期长 而且由于需要高温锻烧，导致粉体颗粒尺寸分布宽、易团聚和比表面积低等 从而导致其光催化活性低。
《纳米TiO2复合材料制备及其光催化性能研究》范文
《纳米TiO2复合材料制备及其光催化性能研究》篇一一、引言随着环境污染和能源短缺问题的日益严重，光催化技术因其独特的优势和潜力，已成为当前科研领域的热点之一。
纳米TiO2作为一种重要的光催化材料，因其良好的化学稳定性、无毒性、高催化活性等优点，在光催化领域得到了广泛的应用。
然而，纯TiO2的光催化性能仍存在一些局限性，如光生电子-空穴的复合率高、对太阳光的利用率低等。
为了解决这些问题，研究者们开始探索将TiO2与其他材料进行复合，以提高其光催化性能。
本文旨在研究纳米TiO2复合材料的制备方法及其光催化性能，为光催化技术的发展提供理论依据和实验支持。
二、纳米TiO2复合材料的制备（一）制备方法本文采用溶胶-凝胶法与化学共沉淀法相结合的方法制备纳米TiO2复合材料。
首先，通过溶胶-凝胶法制备出TiO2前驱体；然后，在TiO2前驱体中加入其他复合材料的前驱体，通过化学共沉淀法实现复合。
（二）制备过程1. 准备原料：选用高纯度的钛醇盐、硝酸盐等作为钛源，以及其他复合材料的前驱体。
2. 溶胶-凝胶过程：将钛源溶解在有机溶剂中，经过水解、缩聚等反应形成溶胶，再经过干燥、烧结等步骤形成TiO2前驱体。
3. 化学共沉淀过程：将其他复合材料的前驱体溶解在TiO2前驱体的溶液中，通过加入沉淀剂，使各组分共同沉淀，形成纳米TiO2复合材料。
4. 洗涤与干燥：将得到的复合材料进行洗涤，去除杂质，然后在适宜的温度下进行干燥。
5. 热处理：对干燥后的复合材料进行热处理，以增强其结晶度和光催化性能。
三、光催化性能研究（一）实验设备与实验条件实验设备主要包括紫外-可见分光光度计、光化学反应仪等。
实验条件为室温、不同光源（如模拟太阳光、紫外光等）。
（二）实验方法与步骤1. 制备不同配比的纳米TiO2复合材料，并进行表征分析，如XRD、SEM、TEM等。
2. 将制备的纳米TiO2复合材料应用于光催化反应中，如降解有机污染物、光解水制氢等。
二氧化钛纳米材料的形貌控制及其在能源和环境领域的应用共3篇
二氧化钛纳米材料的形貌控制及其在能源和环境领域的应用共3篇二氧化钛纳米材料的形貌控制及其在能源和环境领域的应用1随着全球工业化和城市化进程的不断提高，环境问题日益突出，对于环境污染的治理和清洁能源的研究已经成为当前全球面临的重大课题之一。
在这个背景下，二氧化钛纳米材料因其在催化、光催化、光电转换等领域应用广泛而备受关注。
二氧化钛纳米材料可通过不同方法制备，包括溶胶-凝胶法、水热法、溶剂热法等等。
从化学合成的角度来看，通过对溶液中的成分及沉淀条件进行控制，可以调控二氧化钛纳米材料的结构和形貌。
其中一种经典的制备方法是溶胶-凝胶法，其制备过程包括溶胶的制备、凝胶的形成和热处理等步骤。
在控制凝胶的形成过程中，可以通过改变水解与缩合反应的速率，调节水解缩合平衡的条件，达到控制二氧化钛纳米材料结构和形貌的目的。
例如，在溶胶-凝胶法制备的二氧化钛纳米材料中，当乳胶稳定剂添加量较少时，形成的二氧化钛主要为十二面体晶型，而当稳定剂添加量增加，形成的二氧化钛主要为四面体晶型。
在催化、光催化、光电转换领域的应用中，形貌控制方法的调整，从而实现二氧化钛纳米材料特定结构或形貌的合成，是非常重要的。
例如，在光催化降解废水等应用中，传统的二氧化钛纳米材料因结晶度和晶粒大小有限，其光催化效率受到限制。
而通过形貌控制方法，制备的具有较大表面积的纳米材料，表面氧含量较高，可以提高光催化反应速率，提高光催化降解废水的效率。
同时，二氧化钛纳米材料在光电转换领域也有广泛的应用。
近年来，人们研究发现，通过形貌控制方法合成的具有高秩序结构的多孔二氧化钛纳米材料，可以作为染料敏化太阳能电池(DSSCs)中的电子传输层。
在这类结构的多孔二氧化钛纳米材料中，光电荷分离效率高，具有较好的光电转换性质。
此外，通过添加掺杂元素(如铬、铁等)和半导体体系(如硫代钙钛矿)等方法，还可以研究和改善其光电性能。
总的来说，二氧化钛纳米材料的形貌控制方法，在能源和环境领域的应用非常广泛。
二氧化钛纳米材料
二氧化钛纳米材料二氧化钛（TiO2）是一种重要的半导体材料，具有广泛的应用前景，尤其是在纳米材料领域。
纳米材料是指至少在一维上尺寸小于100纳米的材料，具有特殊的物理、化学和生物学性质。
二氧化钛纳米材料因其独特的光电性能和化学稳定性，被广泛应用于光催化、光电器件、传感器、抗菌材料等领域。
首先，二氧化钛纳米材料在光催化领域具有重要应用。
由于其较大的比表面积和优异的光催化性能，二氧化钛纳米材料被广泛应用于水分解、有机废水处理、空气净化等领域。
通过光催化作用，二氧化钛纳米材料可以有效分解有害物质，实现环境净化和资源利用，具有重要的环保和能源应用价值。
其次，二氧化钛纳米材料在光电器件方面也有重要应用。
由于其优异的光电性能和稳定性，二氧化钛纳米材料被广泛应用于太阳能电池、光电探测器、光致发光器件等领域。
通过合理设计和制备二氧化钛纳米材料，可以实现光电器件的高效能转换和稳定性，推动光电器件领域的发展和应用。
此外，二氧化钛纳米材料在传感器领域也具有重要应用。
由于其高灵敏度和快速响应特性，二氧化钛纳米材料被广泛应用于气体传感、生物传感、化学传感等领域。
通过构建二氧化钛纳米材料基底的传感器，可以实现对环境中有害气体、生物分子、化学物质等的高灵敏检测和快速响应，具有重要的应用前景和社会价值。
最后，二氧化钛纳米材料在抗菌材料方面也有重要应用。
由于其优异的抗菌性能和生物相容性，二氧化钛纳米材料被广泛应用于医疗器械、食品包装、环境卫生等领域。
通过将二氧化钛纳米材料引入抗菌材料中，可以实现对细菌、病毒等微生物的高效杀灭和抑制，具有重要的医疗卫生和食品安全应用价值。
总之，二氧化钛纳米材料具有广泛的应用前景，在光催化、光电器件、传感器、抗菌材料等领域都有重要的应用价值。
随着纳米材料研究的不断深入和发展，相信二氧化钛纳米材料将在更多领域展现出其独特的优势和应用价值。
二氧化钛
一：1：纳米二氧化钛是目前应用最为广泛的一种纳米材料。
它是一种半导体材料,除了具有纳米材料共同的特点外,还具有光催化性能。
近十多年来,随着环境污染日益严重,利用半导体粉末作为光催化剂催化降解有机物的研究已成为热点。
在作为光催化剂的主要原料N 型半导体TiO2、ZnO2、CdS、WO3中,相比较而言, TiO2活性高、化学稳定性好、对人体无害,是理想的环保型光催化剂。
实验表明, TiO2至少可以经历12次的反复使用而保持光分解效率基本不变,连续580分钟光照下保持其活性,因而将其投入实际应用有着广阔的发展前景。
2：纳米二氧化钛的光催化降解机理：当二氧化钛受到波长小于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,形成电子-空穴对,与吸附溶解在其表面的氧气和水反应。
分布在表面的空穴将OH -和H2O氧化成HO自由基。
HO 自由基的氧化能力是在水体中存在的氧化剂中最强的,能氧化大部分的有机污染物和无机污染物,而且对反应物几乎无选择性,在光催化氧化中起着决定性的作用。
二氧化钛的表面电子可被溶解在表面的氧俘获形成O2-。
另外表面电子具有高的还原性,可以去除水体中的金属离子。
生成的原子氧和氢氧自由基使有机物被氧化、分解,最终分解为CO2、H2O和无机物。
3：目前的研究现状：尝试对不同微生物的杀灭作用：为了考察TiO2对微生物的作用,根据不同的研究和应用背景,人们选择了细菌、病毒、藻类、癌细胞等。
目前已有报道的考察TiO2光催化作用的细菌类有: 乳杆嗜酸细胞(Lactobacil lus acidophi lus),酵母菌( Saccharomyces cerevisiae), 大肠杆菌( Es-cherichia coli), 链球菌( S treptococcus mutans , S .ratus , S .cricetus , S .sobrinus AHT)。
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纳米TiO2材料杨岳洋2015012012目录摘要 (2)前言 (2)简要介绍 (2)一、TiO2的结构与性质介绍 (2)二、TiO2光催化作用介绍 (4)三、TiO2的制备方法介绍 (5)1.气相法制备二氧化钛 (5)（1）物理气相沉积法 (5)（2）化学气相沉积法 (5)2.液相法制备纳米二氧化钛 (5)（1）以硫酸氧钛为原料 (5)（2）溶胶-凝胶法 (5)（3）沉淀法 (6)3.固相法合成纳米二氧化钛 (6)主要进展 (6)一、杀菌功能方面研究的进展 (6)1．纳米二氧化钛抗菌特点 (7)2．纳米二氧化钛的抗菌原理 (7)3．国内外对纳米二氧化钛抗菌性的研究及应用实例 (7)二、防紫外线功能方面研究的进展 (8)三、光催化功能方面研究的进展 (9)1．气体净化 (9)2．处理有机废水 (9)3．处理无机污水 (9)四、防雾及自清洁功能方面研究的进展 (10)五、纳米二氧化钛可作为锂电池、太阳能电池原料 (10)六、在替代PVA上研究的进展 (10)七、其它功能方面研究的进展 (11)未来展望 (11)归纳总结 (12)一、研究难点 (12)二、国内发展状况 (12)三、应加强的研究方向 (13)参考文献 (13)摘要本文主要以查阅大量文献的方式，而写出的一篇文献综述，以纳米TiO2材料本文以纳米TiO2材料的研发状况、应用及未来发展趋势为中心，介绍TiO2的结构与性质，纳米TiO2的光催化特性，纳米TiO2的制备方法，纳米TiO2的应用，并根据我国纳米TiO2科研以及生产情况，指出我国纳米TiO2发展中存在的机遇与挑战，并展望了其近期的发展方向。
前言近年来，纳米TiO2因其具有特殊的光、电等方面的性质，而成为材料科学领域研究热点。
纳米TiO2的光催化作用可以把光能转变为电能和化学能，实现许多通常情况下难以实现或不可能进行的反应，利用太阳光作为可见光源来活化纳米TiO2，使其在室温下进行氧化还原反应，可以杀灭有害菌，清除污染物。
此外，纳米TiO2本身具有优良的化学稳定性、无毒性、抗菌性广、长效，因此纳米TiO2已成为一种理想的治理环境的材料，在治理污染方面具有巨大的潜在应用价值。
另外，纳米TiO2也被广泛地应用于人们的日常生活中，如用于太阳能电池、太阳能污水处理器、空气净化器、自清洁材料、化妆品、防护漆、抗菌材料、精细陶瓷及建筑材料等领域。
目前，关于纳米TiO2的制备国内外研究都较多，人们已经得到多种制备纳米TiO2方法。
简要介绍一、TiO2的结构与性质介绍TiO在自然界中存在三种晶体结构：金红石型、锐钛矿型和板钛矿型，其中2具有较高的催化活性，尤以锐钛矿型光催化活性[4]最佳。
金红石型和锐钛矿型TiO2锐钛矿型和金红石型的晶型结构均由相互连接的TiO八面体组成，两者的差别在2于八面体的畸变程度和八面体间相互连接的方式不同。
两种晶型结构如图1-1所示[5]图1-1TiO 2的晶体结构a --金红石型；b --锐钛矿型八面体间相互连接方式包括共边和共顶点两种情况，如图1-2所示：图1-2TiO 2结构单元的连接方式a--共边方式；b--共顶点方式锐钛矿型TiO 2为四方晶系，其中每个八面体与周围8个八面体相连接（4个共边，4个共顶角），4个TiO 2分子组成一个晶胞。
金红石型TiO 2也为四方晶系，晶格中心为Ti原子，八面体棱角上为6个氧原子，每个八面体与周围10个八面体相联（其中有两个共边，八个共顶角），两个TiO 2分子组成一个晶胞，其八面体畸变程度较锐钛矿要小，对称性不如锐钛矿相，其Ti–Ti键长较锐钛矿小，而Ti-O 键长较锐钛矿型大。
板钛矿型TiO 2为斜方晶系，6个TiO 2分子组成一个晶胞。
三种晶相以金红石相最稳定，而锐钛矿和板钛矿在加热处理过程中会发生不可逆的放热反应，最终都将转变为金红石相。
3种常见的TiO2晶型:二、TiO2光催化作用介绍通俗意义上讲触媒就是催化剂的意思，光触媒顾名思义就是光催化剂。
催化剂是加速化学反应的化学物质，其本身并不参与反应。
光催化剂就是在光子的激发下能够起到催化作用的化学物质的统称。
光催化技术是在20世纪70年代诞生的基础纳米技术，在中国大陆我们会用光触媒这个通俗词来称呼光催化剂。
典型的天然光催化剂就是我们常见的叶绿素，在植物的光合作用中促进空气中的二氧化碳和水合成为氧气和碳水化合物。
总的来说纳米光触媒技术是一种纳米仿生技术，用于环境净化，自清洁材料，先进新能源，癌症医疗，高效率抗菌等多个前沿领域。
世界上能作为光触媒的材料众多，包括二氧化钛(TiO2),氧化锌(ZnO),氧化锡(SnO2),二氧化锆(ZrO2)，硫化镉(CdS)等多种氧化物硫化物半导体，其中二氧化钛(Titanium Dioxide)因其氧化能力强，化学性质稳定无毒，成为世界上最当红的纳米光触媒材料。
在早期，也曾经较多使用硫化镉(CdS)和氧化锌(ZnO)作为光触媒材料，但是由于这两者的化学性质不稳定，会在光催化的同时发生光溶解，溶出有害的金属离子具有一定的生物毒性，故发达国家目前已经很少将它们用作为民用光催化材料，部分工业光催化领域还在使用。
二氧化钛是一种半导体，分别具有锐钛矿(Anatase)，金红石(Rutile)及板钛矿(Brookite)三种晶体结构，其中只有锐钛矿结构和金红石结构具有光催化特性。
二氧化钛是氧化物半导体的一种，是世界上产量非常大的一种基础化工原料，普通的二氧化钛一般称为体相半导体以与纳米二氧化钛相区分。
具有Anatase或者Rutile结构的二氧化钛在具有一定能量的光子激发下[光子激发原理参考光触媒反应原理]能使分子轨道中的电子离开价带(Valence band)跃迁至导带(conduction band)。
从而在材料价带形成光生空穴[Hole+]，在导带形成光生电子[e-],在体相二氧化钛中由于二氧化钛颗粒很大，光生电子在到达导带开始向颗粒表面活动的过程中很容易与光生空穴复合，从而从宏观上我们无法观察到光子激发的效果。
但是纳米的二氧化钛颗粒由于尺寸很小，所以电子比较容易扩散到晶体表面，导致原本不带电的晶体表面的2个不同部分出现了极性相反的2个微区-光生电子和光生空穴。
由于光生电子和光生空穴都有很强的能量，远远高出一般有机污染物的分子链的强度，所以可以轻易将有机污染物分解成最原始的状态。
同时光生空穴还能与空气中的水分子形成反应，产生氢氧自由基亦可分解有机污染物并且杀灭细菌病毒。
这种在一个区域内2个微区截然相反的性质并且共同达到效果的过程是纳米技术典型的应用，一般称之为二元论。
该反应微区称之为二元协同界面。
从上面介绍我们可以看到，二氧化钛的光催化反应过程，很大程度依靠第一步的光子激发，所以有足够激发二氧化钛的光子，才能提供足够的能量，我们也可以知道，光催化反应并不是凭空产生的它也是需要消耗能量的，符合能量守恒原则，它消耗的是光子，也就是光能。
如果是太阳光照射光触媒就利用太阳能，灯光就是利用光能。
联合国将光触媒开发列为21世纪太阳能利用计划的重要组成部分。
什么样的光子能激发二氧化钛呢，从理论结构上来说，锐钛二氧化钛的导带与价带之间的间隙[我们称之为能隙]是3.2eV而金红石二氧化钛为3.0eV,所以金红石需要光能大于3.0eV的光子而锐钛需要大于3.2eV的光子。
光子的能量E 与波长λ(Lambda)与之具有反比关系E=h C/λ，所以可以知道波长小于380nm的光可以激发锐钛型二氧化钛。
虽然锐钛矿需要略多的能量来激发，但是同样的锐钛矿的二氧化钛光触媒具有更强的氧化能力，所以被更为广泛的使用。
有研究表明接近7nm粒径时，锐钛矿要比金红石更为稳定，这也是很多纳米光触媒采用锐钛型的原因。
当然，随着科技的进步人类能够已经突破了380nm的界限，研发出在可见光下也有响应的光触媒产品，在日本有3家企业掌握真正的可见光响应技术，2005年泰坦光能也推出了国内首款自主知识产权的可见光增强光触媒，可见光下性能达到普通光触媒的10倍，已申请国家专利，相信随着可见光响应技术在中国的推广,光触媒的应用会更广泛更进一步。
三、TiO2的制备方法介绍目前，制备纳米TiO2的方法很多，基本上可归纳为物理法和化学法。
物理法又称为机械粉碎法，对粉碎设备要求很高；化学法又可分为气相法（CVD）、液相法和固相法。
1.气相法制备二氧化钛（1）物理气相沉积法物理气相沉积法（PVD）是利用电弧、高频或等离子体等高稳热源将原料加热，使之气化或形成等离子体，然后骤冷使之凝聚成纳米粒子。
其中以真空蒸发法最为常用。
粒子的粒径大小及分布可以通过改变气体压力和加热温度进行控制。
该法同时可采用于单一氧化物、复合氧化物、碳化物以及金属粉的制备。
（2）化学气相沉积法化学气相沉积法（CVD）利用挥发性金属化合物的蒸气通过化学反应生成所需化合物，该法制备的纳米TiO2粒度细，化学活性高，粒子呈球形，单分散性好，可见光透过性好，吸收屏蔽紫外线能力强。
该过程易于放大，实现连续化生产，但一次性投资大，同时需要解决粉体的收集和存放问题。
CVD法又可分为气相氧化法、气相合成法、气相热解法和气相氢火焰法。
2.液相法制备纳米二氧化钛液相法是选择可溶于水或有机溶剂的金属盐类，使其溶解，并以离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法、结晶、升华、水解等过程，将金属离子均匀沉积或结晶出来，再经脱水或热分解制得粉体。
它又可分为胶溶法、溶胶-凝胶法和沉积法。
其中沉积法又可分为直接沉积法和均匀沉积法。
（1）以硫酸氧钛为原料加酸使其形成溶胶，经表面活性剂处理，得到浆状胶粒，热处理得到纳米TiO2粒子。
（2）溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法（简称S—G法），是以有机或无机盐为原料，在有机介质中进行水解、缩聚反应，使溶液经溶胶-凝胶化过程得到凝胶，凝胶经加热（或冷冻）干燥、锻烧得到产品。
该法得到的粉末均匀，分散性好，纯度高，煅烧温度低，反应易控制，副反应少，工艺操作简单，但原料成本较高。
（3）沉淀法A、直接沉淀法其反应机量为：Ti0SO4+2NH3·H2O→Ti0(OH)2↓+(NH4)2SO4Ti0(OH)2→Ti02(s)+H2O该法操作简单易行，产品成本较低，对设备、技术要求不太苛刻，但沉淀洗涤困难，产品中易引入杂质，而且粒子分布较宽。
B、均匀沉淀法均匀沉淀法是利用某一化学反应使溶液中的构晶离子由溶液中缓慢均匀地释放出来，在该法中，加入沉液剂（如尿素），不立刻与被沉淀物质发生反应，而是通过化学反应使沉淀剂在整个溶液中缓慢生成。
该法得到的产品颗粒均匀、致密，便于过滤洗涤，是目前工业化看好的一种方法。
3.固相法合成纳米二氧化钛固相法合成纳米TiO2是利用固态物料热分解或固-固反应进行的。