二氧化钛表面改性的研究现状

义在数字域，更容易用计算机来实现快速 算法。
图 ２ 含 ２ ％ 高斯噪声的 Ｆ Ｃ Ｍ 算法分割结果
２ 边缘检测 对上述分割后的图像进行边缘检测。
常用的边缘检测算子有 Sobel 和 Robert, Prewitt 等。
这些神算子的模板:
直观上看，Sobel 和 Prewitt 算子能够 检测垂直和水平方向边缘，Robert 算子易 于检测 45°方向边缘。我们进一步分析后 发现，用 Sobel 计算的边缘防线误差最小， 约 4°。Prewitt 次之，其他两种算子较大， 超过 8°。为了使误差最小化，可以组合利 用 2 个不通的算子，然后估计精确值。
2
接受 TiO 价带上的激发电子，使其成为光
生电子—2空穴对的浅势捕获阱。同时，杂
质金属氧化物的带隙能较小，可以吸收较
大波长范围内的光子，使得改性后的纳米
光TiO谱2
的吸范收围光，谱红使移其，在从可而见扩光展下了也T能iO产2
吸收 生作
用。在掺杂时还形成了掺杂能级，掺杂物
形在和成VCBB的（和t2或gC能BV之级B）间不之形同成间，的由t2g电于能荷掺级转杂，移物不，的同使掺d 波电杂长子物
表面的 。在紫
外光照射下，TiO 价带电子被激发到导
带，电子和空穴
向
2
Ti
生成电子空穴对，电
子O2与表T面i 迁 4+ 反移应，，在空表穴面
则与表面桥氧离子反应，分别形成正三价
的钛离子和氧空位。此时，空气中的水解
离吸附在氧空位中，成为化学吸附水( 表
面羟基) ，化学吸附水可进一步吸附空气
中的水分，形成物理吸附层。
1.2 表面羟基
相对于其它半导体半金属材料的金属
吸氧化附物的，水T因iO极2 中化T发i-O生键解的离极，性容较易大形，成表面羟
基。这种表面羟基可提高 TiO2 作为吸附剂 及各种单体的性能，为表面改性提供方
便。
1.3 表面酸碱性
化物T，iOA2l
在改性时常加入 Al、Si、Zn 等氧 或 Si 的氧化物单独存在时无明显
导带上光生电子向表面迁移，导致光生电
子—空穴分离效果提高，使其光催化活性
比纯2T.i2O2有提机高表2～面1改0
倍。 性
有机表面处理主要是通过有机表面处
理剂在粉末粒子表面进行物理或化学吸附
来完成的；或者是表面活性剂的极性基与
极性的粉末粒子吸附，而活性剂的非极性
部分向外，由于特殊的空间结构以及范德
华力的作用，形成一层包覆膜，从而降低
参考文献 ［１］Ｒ．Ｄ．Ｄｏｎｙ，＂Ｅｄｇｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｎ ｃｏｌｏｒ ｉｍａｇｅｓ ｕｓｉｎｇ ＲＧＢ ｖｅｃｔｏｒ ａｎｇｌｅｓ，＂ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｃａｎａｄｉａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃａｎａｄａ，ｐｐ．６８７～６９２， Ｍａｙ ２００９ ［２］Ｌ．Ｓ．Ｄａｖｉｓ，＂Ａ Ｓｕｒｖｅｙ ｏｆ Ｅｄｇｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，＂ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ ａｎｄ Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ４，ｐｐ． ２４８～２７０，１９９５ ［ ３ ］ 罗希平，田捷，诸葛婴等． 图像分割 方法综述［ Ｊ ］ ． 模式识别与人工智能 １ ９ ９ ９ ， １ ２ （３ ）：３ ０ ０ ～３ １ ２ ［４］Ｒ．Ｇｏｎｚａｌｅｚ ａｎｄ Ｒ． Ｗｏｏｄｓ“， Ｄｉｇｉｔａｌ Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，”Ａｄｄｉｓｏｎ－Ｗｅｓｌｅｙ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ， １９９２
基础及前沿研究
Fundamental and frontier research
中国科技信息 ２０１１ 年第 ２４ 期 ＣＨＩＮＡ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ Ｄｅｃ．２０１１
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－８９７２．２０１１．２４．０１３
二氧化钛表面改性的研究现状
武海燕 内蒙古化工职业学院材料系，呼和浩特 ０１００１０
摘 要
本文对二氧化钛的结构、性质和应用进行 阐述，着重介绍了在二氧化钛表面改性中 使用到的表面改性剂、改性工艺及其作用 机理；并对二氧化钛表面改性的实施手段 进行说明。 关键词
二氧化钛；表面改性；作用机理
二氧化钛为一种白色固体或粉末状的
表面的晶型发生改变，进而改变其电化学
行为。这样包覆物增加了光活性反应产物
及反应物的扩散路径，加大了电子—空穴
对在未被捕获前进行重新组合的可能性，
因此，可以作为降低二氧化钛光催化活性
的一道有效屏障。它是将无机氧化物通过
一定手段在其表面沉淀，形成包覆膜或
核 - 壳复合颗粒。这样形成的膜不仅仅是 物理包覆，也形成了化学键，如 Ti-O-Si 等。以铝包膜为例，在 TiO2 溶液中，加入 拌可溶下性用铝碱盐或A酸l2中(S和O4至)3 或p HNa9A～lO12，0 ，在使均铝匀搅在 TiO2 表面以 Al(OH)3 沉淀析出，其反应如 下:
［５］Ａ．Ｍｕｒａｔ Ｔｅｋａｌｐ“， Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｉｄｅｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，” Ｐｒｅｎｔｉｃｅ Ｈａｌｌ ＰＴＲ［Ｊ］，１９９５ ［６］Ｒ．Ｃｒａｎｅ“， Ａ ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，”Ｐｒｅｎｔｉｃｅ－Ｈａｌｌ，１９９７． ［７］Ｏ．Ｓ．Ｂｙｕｎ，＂Ａ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ＨＦＳＤ ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｉｎｇ ＨＭＭＤ Ｃｏｌｏｒ Ｍｏｄｅｌ ａｎｄ Ｗａｖｅｌｅｔ Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ，＂２． ２００３． ［８］ＲＡＮＤＹ ＣＲＡＮＥ“Ａ Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ Ｉｍａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ”１９９９ ［ ９ ］ 向阳，谢方平，汤楚宙，等，输送带 铺砂型排种器实验台的研制［ Ｊ ］ ，农业工 程学报，６ ９ ９ ｓ ，６ ４ （Ｍ ）：５ １ Ｍ ． ５ － ９ ２
H
Al 2O=Al
2( S O 4 2O3nH2O
)↓3
+6NaO +3Na2SO4
H
+
(
n
-
3
)
H
2O
=2反AN应l2Oa中3nA生Hl成2OO的↓2氧++N化Ha铝22SS水O4O合4物+
( 以
n 沉
-1) 淀形
式均匀地包覆在二氧化铁颗粒的表面成
膜。膜的致密度与中和的速度有关。
混合包覆又称混合共沉淀包覆，是指
两性氧化物，又称钛白。化学式为 TiO ，自 然 界 存 在 的 二 氧 化 钛 有 三 种 变 体 ：2金 红
石、锐钛矿，板钛矿如图 1 所示。其结构
的区别在于是由 Ti-O 八面体通过共用顶
中点还，是金共红棱石组型成分骨布架最。广在，T锐iO钛2
的3 矿结
种结构 构的八
面体畸变最大，但是比板钛矿结构中的八
光
散T射i O力2
因其独特的物理、化学性质：对 强、着色力高、遮盖力大、白度
好、消色力强、折射率高、化学惰性高，很
好的电、热性能，对人体无毒、无害。使
其应用于众多领域。未经处理的二氧化钛
因本身有很强的光化学活性，而在阳光特
别是紫外线照射下，易发生失活、黄变，粉
化等现象，影响其使用性能。另外，随着
颗粒的细化，一方面使其表面结构发生变
同时因为是流水线作业，对于检测时 间有一定的要求，因此优先选择运算量较 小的梯度算子，将它们有机的融合起来， 可以在计算量不显著增加的前提下，提高 边缘检测的质量。
本方案选择 Sobel 和 Roberts 及拉普拉 斯算子进行检测。
（ａ） Ｓｏｂｅｌ算子 （ｂ） Ｒｏｂｅｒｔ 算子
（ｃ） 拉普拉斯算子 （ｄ）三种算子融合 图３
化合物和电解质水溶液可组成透明、各向
同性的热力学稳定体系。改性过程是在微
反应器中进行，反应物的一种增溶在水核
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基础及前沿研究
Fundamental and frontier research
中国科技信息 ２０１１ 年第 ２４ 期 ＣＨＩＮＡ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ Ｄｅｃ．２０１１
性的酸，碱可性以，制但备与固T体iO超2
复合，则呈现强 酸。
酸碱
1.4 表面电性[4]
中
因T表i O面2
颗粒在液态( 尤其是极性的) 带有电荷就会吸附相反的电
介质 荷而
形成扩散双电层，使颗粒有效直径增加，
当颗粒彼此接近时，因各具同性电荷而相
斥，有利于分散体系的稳定。如经 Al2O3 包 ２的膜 的T二iTOi氧2O带2化表负钛面电具的荷有表。正面电改荷性，而用 SiO2 处理
的分散光射线的本领、遮盖力和着色力，
还具有良好的紫外屏蔽作用，又可作为紫
外线吸收剂，应用为防紫外材料。锐钛矿
型的结构不如金红石型稳定，因此锐钛矿
型具有良好的光催化活性，是一种良好的
光催化材料 [2]。
１ 二氧化钛的表面性质［３］
1.1 表面超亲水性
超
亲研水究性认起为因在于光其照表条面件结下构，的T变i O化2
表面张力，提高二氧化钛在各种介质中的
分散性能。
2.2.1 偶联剂法
பைடு நூலகம்
偶联剂是具有两性结构的物质，其分
子面中的的活一性部基分团官反能应团，可形与成纳强米有T力iO的2
粉体表 化学键
合，另一部分官能团可与有机高聚物发生
某些化学反应或物理缠绕，使纳米 TiO2 和 有机介质产生特殊功能的“分子桥”，从而
改善了纳米复合材料的综合性能。Shao 等
作者简介 梁利倩（1 9 8 4 - ），女 汉族，天津人，硕 士研究生，主要研究领域为嵌入式系统方 向。 赵梗明，女 汉族，上海人，教授，硕士研 究生导师，主要研究领域为嵌入式系统方 向。
面体对称性高。构成锐钛矿结构的八面体
通过共顶点的方式连接成一张网，八面体
层之间通过共边的方式构成三维结构。具
体的晶体结构见图 1 。板钛矿因其结构不
稳定，是一种亚稳相，而极少被应用[1]。
图 １ 锐钛矿型、金红石型、板钛矿型
Ｔ ｉ Ｏ ２ 的晶型结构示意图 金红石型 TiO2 是一种重要的宽禁带半 导体光电转换材料，性能稳定。具有很高
化，减少了表面固体出现的静电排斥现
象，一方面羟基间的范德华力，氢键的产
生使粉体间的排斥力变为引力，这样使得
钛T i O在2使颗用粒前间也的需团进聚行现表象面增改强。性所。以二氧化
2.1 无机表面改性 2.1.1 无机化合物包覆 无机包覆是无机氧化物改性的一种方
法，可以使到达二氧化钛粒子的紫外线减
少，降低其对紫外线的吸收，同时使微粒
生载流子被分离，从而抑制了电子和空穴
的分离[4]，提高光催化性能。
2.1.4 强酸修饰
H电2子SO强结4 等构酸强，修酸减饰修少法粒饰是子T利i表O用2面粒HT子iC3+，l、、可吸H影附C响Ol 表O2- 和面4 、
O- 等表面态浓度，增强表面酸性，利于电
子—空穴分离，最终提高光催化活性。苏
固文悦体等超[强6]用酸H，2S使O4表浸面泡酸T强iO度2 制增成强S，O有42-/利TiO于2
[7]研究用硅烷偶联剂改性纳米 TiO2，并通 过 FTIR、TEM 等手段表征了改性产物的
结构和改性后纳米 显示偶联剂与二氧
T化iO钛2
的分散性能，结果 表面发生化学偶联
反应，使二氧化钛表面被偶联剂包覆，从
而使 的分
散Ti性O2能的。改性产物在有机物中具有良好
2.2.2 表面活性剂法
由表面活性剂、助表面活性剂、碳氢
在同一种酸性或碱性条件下，用中和法同
时 面
。将两两次种包以覆上是包指覆在剂一沉种积条到件T下i O沉2 粒积
子 一
表 种
以上包覆剂，然后在此条件或另一条件
下，第二次再沉积一种以上包覆剂。
2.1.2 离子掺杂法
采用多价过渡金属离子掺杂 TiO ，可
在T TiO
i
相O 2应晶的格能中级引结入构缺。陷金位属置离，子从不而仅2改可变以
较长、能量较小的光子能够激发，吸收光
谱红移，提高光子的利用率，引起光催化
剂对可见光的响应。所以综上所述掺杂离
子以不同机制共同作用，不仅提高了纳米
Ti 提
O高2了在在紫可外见光光下下的的催光化催效化应，效更应重。要的是
刘红等[5]以钛酸丁酯为原料，通过在
了母锆液改中性添纳加米ZrTOiCOl22光，催用化溶剂胶，- 凝对胶它法们制进备行 了物性分析测试并研究了它们的光催化活
性化，活发性现大锆大改高性于纳普米通T溶iO胶2
光催化剂的光催 - 凝胶法制备的
未改性的纳米二氧化钛粉体的光催化活
性。
2.1.3 金属沉积法
当 TiO2 表面和金属接触时，载流子重 新分布，电子从费米能级较高的 n 型半导
体转移到费米能级较低金属，直到它们的
费米能级相同，形成肖特基势垒。肖特基
势垒可作为俘获激发电子的有效陷阱，光