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文章编号:16732095X (2008)0320080205纳米二氧化钛材料的制备与性能研究宋礼慧(天津大学化工学院,天津300072)摘 要:分别用溶胶-凝胶法与水热合成法制备了纳米二氧化钛.水热合成法与溶胶-凝胶法合成的纳米二氧化钛相比,比表面积很大,形貌比较规则;并且水热法合成的纳米二氧化钛已经出现纳米棒状结构,用自然界唯一的碱性多糖壳聚糖为模板剂合成的比表面积可以达432.36m 2/g .关键词:溶胶-凝胶法;水热合成法;纳米二氧化钛;大比表面积中图分类号:O614.41 文献标识码:APrepara ti on and character i za ti on of nano 2tit an i aS ONG L i 2hui(School of Che m ical Engineering,Tianjin University,Tianjin 300072,China )Abstract:I n this article we synthesized nano 2titania by the s ol 2gel method and hydr other mal method,res pectively .I n contact with the s ol 2gel method,the nano 2titania p repared by the hydr other mal method had larger s pecific surface area than that p re 2pared by the s ol 2gel method .The nano 2titania p repared by the hydr other mal method had nano 2r od,t oo .W hen the nano 2titainia used chit osan as the te mp late by the hydr other mal method,it had the largest s pecific surface area up t o 432.36m 2/g .Key words:s ol 2gel method;hydr other mal method;nano 2titania;large s pecific surface area 自从纳米二氧化钛问世以来,就以其独特的颜色效应、光催化作用及紫外线屏蔽等功能使其在汽车工业、防晒化妆品、废水处理、杀菌、文物保护、环保等方面有着广阔的应用前景[1].目前,国内外合成纳米Ti O 2的方法很多[2],根据所要求制备粒子的性状、结构、尺寸、晶型、用途等而采用不同的制备方法.纳米二氧化钛的制备方法,主要有溶胶-凝胶法、水热合成法、微乳法、液相沉积法、化学气相沉积法等.溶胶-凝胶法[3]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、锻烧而得产品.该法制备的粉体均匀分布、分散性好、纯度高、锻烧温度低、副反应少、而且溶剂在处理过程中容易除去,但是成本较高,且从形成溶胶,颗粒连结成凝胶网络,凝胶干燥,到煅烧的每一阶段均可导致颗粒长大及团聚体的形成,因此对每一阶段都需严格控制[4].水热合成法[5]是指在密闭系统中,以水为溶剂,在一定温度下,在水的自生压强下,原始混合物进行反应.水热合成法制备的纳米级二氧化钛具有分散性好、粒度小、粒度分布均匀等优点,只是对设备要求较高.本实验对溶胶-凝胶法与水热合成法制备的纳米二氧化钛进行了对比.1 试验部分1.1 主要试剂钛酸丁酯(T BOT,AR.),无水乙醇(AR.),2-丁醇(AR.),十六烷基三甲基溴化胺(CT AB ,AR.),收稿日期:2007208205.作 者:宋礼慧(1982— ),女,硕士研究生.第24卷 第3期2008年6月天 津 理 工 大 学 学 报J O URNAL O F T I ANJ I N UN I VERS I T Y O F TECHNOLO GY Vol .24No .3Jun .2008冰醋酸(AR.),三乙醇胺(TEAH3,AR.),浓盐酸(AR.),氢氧化钠(AR.),壳聚糖(经过提纯的)1.2 实验方法1.2.1 溶胶-凝胶法0.72g氢氧化钠溶于含有0.06mol钛酸丁酯衍生物(即TiTEAOR)和0.02mol CT AB的TEAH3 (0.164mol)中,将180m l的水缓慢加入溶液中在剧烈搅拌的情况下,缓慢加入溶液中,静置一夜.将得到的物质用离心分离机(转速为4000r/m in)进行分离,然后用水和无水乙醇分别洗两遍.然后放入100℃的烘箱中干燥10h,直至烘干.将干燥后的样品放入马弗炉中焙烧,从室温(30℃)以1℃/m in的速度加热至500℃,并在500℃下恒温1h.1.2.2 水热合成法方案1:室温下,在剧烈搅拌的情况下,将T BOT 加入含有水、溶剂和质量分数为65%硝酸的混合物中.在室温下搅拌1h后,得到的二氧化钛溶胶与含有CT AB的溶剂混合.各物质的摩尔比为:T BOT∶2-C4H9OH∶HNO3∶CT AB∶H2O=1∶20∶3.6×10-3∶0.1∶2.将得到的混合物,放入密闭的反应釜中,并在80℃下反应12h.然后,自然冷却至室温.方案2:钛酸丁酯加入乙醇化的盐酸溶液中,得到钛的前驱体溶液,搅拌1h后,加入乙醇的CT AB 溶液,强烈搅拌后,得到的溶液放在密闭的罐中,在80℃下反应12h.然后,自然冷却至室温.其中物质的配比为:T BOT∶CT AB∶HCl∶H2O∶Et O H=1∶0.16∶3.06×10-2∶17∶20.方案3:配置10mg/m l的壳聚糖/4%(质量分数)醋酸溶液18m l,强烈搅拌的条件下,缓慢加入18 m l的乙醇,在30℃的恒温水浴中搅拌15m in后,加入20.43m l T BOT和20m l无水乙醇的混合液中,继续搅拌20m in,放入反应釜中,在80℃下反应12h.然后,自然冷却至室温.方案4:配置7mg/m l的壳聚糖/4%醋酸的溶液16.5m l,称取0.3991g CT AB,加入到1.5m l水和18m l无水乙醇的混合液中,超声溶解后,在剧烈搅拌条件下,缓慢加入20.43m l的T BOT和5m l无水乙醇的混合液中,在30℃的恒温水浴中继续搅拌20m in,放入反应釜中,在80℃下反应12h.然后,自然冷却至室温.通过上述方法得到的物质,用离心分离机分离后,用去离子水洗涤.然后,将得到的物质在120℃的烘箱中放置6h烘干.烘干的物质,从20℃以1℃/m in的速率加热至500℃,并在500℃下恒温4h.然后自然冷却至室温.1.3 表征仪器和表征方法将所得Ti O2样品研磨成微米级大小的颗粒,采用日本理学D/MAX-2500型X射线衍射仪对其物相进行测定.管流和管压分别为100mA和40k V, CuKα靶.使用AS AP-2010型N2吸附脱附仪测定所得Ti O2样品的N2吸附脱附等温曲线,比表面积用BET方程计算,孔径分布采用Horvath2Ka waz oe方程计算.测试前先将已称好质量的Ti O2样品在200℃下通N2吹扫约6h.采用WCT-1型差热天平(北京光学仪器厂生产)在空气氛围中对Ti O2干凝胶粉末进行热重分析,升温速度为10℃/m in.采用Phili p s T20ST TE M分析仪测试了样品的微结构.工作电压200kV.2 结果与讨论2.1 热重-差热表征结果图1的热重-差热曲线可以看出,425℃左右,样品的差热曲线上有一个峰,可能是二氧化钛有无定型向锐钛矿型转变的所引起的,因为,此时物质的重量没有明显的变化.因此,为了形成锐钛矿的纳米二氧化钛,选择样品的热处理温度分别为500℃.要想使物质的显微结构满足所要达到的性能,应该使其加热速率不能太快,所以选择焙烧速率为1℃/m in.图1 以CTAB为模板溶胶2凝胶法制备的二氧化钛的TG2D TA图F i g.1 TG2D TA curve of tit an i a s am ple usi n g CTABa s te m pl a te by sol2gel m ethod2.2 XR D结果比较图2可以看出,溶胶-凝胶法和水热法制备的・18・2008年6月 宋礼慧:纳米二氧化钛材料的制备与性能研究 二氧化钛,都得到了锐钛矿型的晶体结构.尤其是水热合成中直接烘干得到的二氧化钛样品也出现了锐钛矿型结构.但是,水热法制备的未经焙烧的二氧化钛都比焙烧后的半峰宽值大.根据Scheller 公式L =kλ/(βcos θ)估算Ti O 2超微粒的平均粒径L (L 为晶粒尺寸;λ为X 射线波长;β为衍射峰的半高宽;θ为衍射峰的布拉格角度;K 取值0.89).可知,半峰宽β值越大,颗粒的粒径越小.并且根据后面的TE M 表征结果,也可以看出焙烧的二氧化钛比未经焙烧的颗粒尺寸大.图2 不同方法制备的二氧化钛的XRD 图:(a)溶胶凝胶法;(b)2-丁醇为溶剂的水热法(未经焙烧);(c)2-丁醇为溶剂的水热法(500℃焙烧4h);(d)乙醇为溶剂的水热法(80℃反应温度,未经焙烧);(e)乙醇为溶剂的水热法(80℃反应温度,500℃焙烧4h);(f)乙醇为溶剂的水热法(60℃反应温度,未经焙烧);(g)乙醇为溶剂的水热法(60℃反应温度,500℃焙烧4h)Fi g .2 XR D patterns of tit an i a prepared by di fferent methods(a)sol 2gel m ethod;(b)22but anol a s solven t by hydrother ma l m ethod (unca lc i n ed);(c)22but anol a s the solven t (ca lc i n ed a t 500℃for 4h);(d)ethanol a s the solven t (reacti on a t 80℃,unca lc i n ed);(e)ethanol a s the the solven t (reacti on a t 80℃,ca lc i n ed a t 500℃for 4h);(f)ethanol a s the solven t(reacti on a t 60℃,unca lc i n ed);(g)ethanol a s the thesolven t(reacti on a t 60℃,ca lc i n ed a t 500℃for 4h)图3、图4分别为以壳聚糖为模板剂和壳聚糖与CT AB 为混合模板剂制备的焙烧前后的二氧化钛,可以看出它们都有明显的锐钛矿晶型结构.壳聚糖和CT AB 为混合模板剂制备的未经焙烧的二氧化钛样品中,在20°前有一个明显的峰,可能是由于其中含有杂质的原因.未经焙烧的二氧化钛的半高宽要比焙烧后的大,说明未经焙烧的颗粒尺寸比焙烧后的细小.根据Scheller 公式,制备的二氧化钛的颗粒尺寸估算结果列于表1中.2.3 比表面积、孔及晶粒尺寸的结果比较 表1中,可以看出,水热法合成的样品的比表面积要明显比溶胶-凝胶法制备的大.最大的比表面积达到432.36m 2/g .但是,同样可以看出,以不同溶剂制备的水热法得到的二氧化钛的比表面积,相差也较大.以2-丁醇为溶剂制备的比表面积为149.7m 2/g,而以乙醇为溶剂的比表面积大于200m 2/g .・28・ 天 津 理 工 大 学 学 报 第24卷 第3期表1 溶胶-凝胶法与水热合成法制备的二氧化钛的参数比较Tab .1 Co m par ison of the tit an i a prepared by the sol -gel m ethod and the hydrother ma l m ethod合成条件比表面积/(m 2・g -1)平均孔体积/(cc ・g -1)平均孔径/n m 晶粒尺寸/n m Sol -Gel 53.810.2619.8731.0H a,1149.705.060.196.4Ha,2119.509.360.289.280℃-H b,1218.300.1934.916.680℃-H b,260.780.1389.2918.860℃-H b,1242.400.2134.687.860℃-H b,231.320.079100.8023.9CS -H 1254.54——————10.3CS -H2432.360.363.3331.0CS -CT AB -H 1243.13——————2.8CS -CT AB -H2393.650.373.7211.7 注:a 为2-丁醇为溶剂的二氧化钛;b 为乙醇为溶剂的二氧化钛;1为未经焙烧的二氧化钛;2为500℃焙烧4h 的二氧化钛;H 为水热合成法.这说明,短链烷基的溶剂,由于其空间位阻较小,利于模板剂与钛的前驱体之间的组装,对制备大比表面积的二氧化钛更有利.并且不同模板剂制备的二氧化钛的比表面积相差也较大,以大分子量壳聚糖为模板剂制备的二氧化钛比表面积最大,这是由于消除模板剂后,其形成的孔比较大,因此比表面积也很大,达到432.36m 2/g .2.4 TE M 结果比较从图5中可以看出,水热合成的颗粒尺寸都比较细小.这与根据前面XRD 图粗略计算的结果一致.焙烧后的颗粒尺寸比焙烧前的大,这个主要是由于所制纳米粒子的尺寸较小,灼烧过程中发生颗粒内的致密化(初始晶粒之间的部分隙孔坍塌或消失)和颗粒间的合并;另外,由于所制纳米粒子洗涤充分,表面活性剂在晶粒表面无吸附,不能有效地防止颗粒在灼烧过程中的团聚[6].这也是焙烧后二氧化钛的比表面积明显减少的一个原因.图5中的(g )、(h )图显示的纳米棒状结构是在酸性条件下得到的,而大部分文献报道是在碱性条件下合成的[729].图5 水热法制备的二氧化钛的TE M 图:(a)2-丁醇为溶剂,未经焙烧;(b)2-丁醇为溶剂,500℃焙烧4h;(c)乙醇为溶剂,80℃反应12h,未经焙烧;(d)乙醇为溶剂,80℃反应12h,500℃焙烧4h ;(e)乙醇为溶剂,60℃反应12h,未经焙烧;(f)乙醇为溶剂,60℃反应12h,500℃焙烧4h;(g)乙醇为溶剂,80℃反应12h,未经焙烧的棒状二氧化钛(高倍);(h)乙醇为溶剂,80℃反应12h,未经焙烧的棒状二氧化钛(低倍)F i g .5 TE M i m ag i n es of tit an i a :(a)22buthanol a s the solvent ,the tit an i a uncalc i n ed ;(b)22buthanol a s the solvent ,the tit an i a calc i n ed at 500℃for 4h ;(c)ethanol as the soluti on,reacti on at 80℃for 12h,uncalc i n ed ;(d)ethanol a s the soluti on,reacti on at 80℃for 12h,calci n ed at 500℃for 4h ;(e)ethanol as the solvent ,reacti on a t 60℃for 12h,unca lc i n ed ;(f)ethanol as the solvent ,reacti on a t 60℃for 12h,ca lc i n ed at 500℃for 4h ;(g)ethanol a s the soluti on,reacti on at 80℃for 12h,the nanorod unca lc i n ed (hi gh magn i f i ca ti on);(h)ethanol as the soluti on,reacti on a t 80℃for 12h,the nanorod uncalci n ed (low magn i f i ca ti on)・38・2008年6月 宋礼慧:纳米二氧化钛材料的制备与性能研究3 结 论十六烷基三甲基溴化胺(CT AB)为模板剂, T BOT为前驱体,用溶胶-凝胶法合成了具有锐钛矿结构的,比表面积在50m2/g左右的纳米二氧化钛粉体.分别以2-丁醇、乙醇为溶剂,用水热合成法,制备了大比表面积的二氧化钛.乙醇为溶剂,60℃和80℃下反应12h,焙烧前的二氧化钛的比表面积大于200m2/g.80℃下反应12h,制备的二氧化钛中出现了棒状的结构.以壳聚糖和CT AB为混合模板剂制备的二氧化钛比表面积为393.65m2/g,而以壳聚糖为模板剂制备二氧化钛比表面积达到432.36m2/ g.参 考 文 献:[1]单凤君,高 杰.溶胶-凝胶法制备纳米Ti O2粉体分散性的研究[J].化学与生物工程,2004(4):25226. [2] Chen Xiaobo,Sa muel S.Synthesis of titaniu m di oxide(Ti O2)nanomaterials[J].Nanosci Nanotechnol,2006(6):9062925.[3] 李 静,张培新,周晓明,等.纳米二氧化钛制备技术进展及表征[J].材料导报,2004,18(2):70272.[4] 魏绍东.溶胶-凝胶法制备纳米Ti O2技术的研究进展[J].材料导报,2004,18(2):50253.[5] 胡 娟,邓建刚,何水样,等.纳米级二氧化钛制备方法的比较研究[J].材料科学与工程,2001,19(4):71274.[6] 王祖鹓,张凤宝,夏宝林.Ti O2超细粒子的微乳法制备、表征及性能研究[J].精细化工,2004,21(4):2532257.[7] Kolen’ko Y V,Kovnir K A,Gavril ov A I,et al.Hydr o2ther mal synthesis and characterizati on of nanor ods of vari2ous titanates and titaniu m di oxide[J].J Phys Che m B,2006,110:403024034.[8] Yu J iaguo,Yu Huogen,Cheng Bei,et al.Preparati on andphot ocatalytic activity of mes opor ous anatase Ti O2nanofi2bers by a hydr other mal method[J].Journal of Phot ochem2istry and Phot obi ol ogy A:Che m istry,2006,182(2):1212127.[9] Tsai Chien2cheng,N ian Jun2nan,Teng H sisheng.M es o2por ous nanotube aggregates obtained fr om hydr other mallytreating Ti O2with NaO[J].App lied Surface Science,2006,253:189821902.(上接第66页)基材复合后,水化过程温度测试表明:储能颗粒的加入,能明显的降低水化温度峰值和延缓温度峰值的出现时间,对减轻石膏水化过程中产生的温度对制品的不良影响具有良好的效果;储能密度和储热特性测试结果表明,储能颗粒的加入能明显提高石膏板的储能密度,延长储能材料的储热时间,对空调制冷建筑物有积极作用.该相变储能复合材料制备工艺过程简便,生产成本低,适宜于工业化大规模生产,对推动相变储能材料在建筑领域的应用具有积极意义.参 考 文 献:[1]Cart w right D Kelly B ryant,Yv onne G,Colvin David P.U se of m icr oPC M s in agricultural app licati ons[J].Ameri2can S ociety of Mechanical Engineers,1999,44:2412249.[2] HawladerM N A,Uddin M S,Zhu H J.Preparati on andevaluati on of a novel s olar st orage material:m icr oencap su2lated paraffin[J].I nternati onal Journal of Solar Energy,2000,20(4):2272238.[3] 方贵银,李 辉.具有蓄能功能的建筑墙体材料研究[J].能源研究与利用,2004(1):45247.[4] Chahr oudi D.Devel opment of ther mocrete heat st oragematerials[C]//Pr oceedings of the I nternati onal Solar En2ergy Congress.Ne w Delhi I ndia:Ne w Delhi Press,1978.[5] 叶 宏,程丹鹏,葛新石,等.定形相变储能式地板辐射采暖系统数值模拟的实验验证及参数分析[J].太阳能学报,2004,25(2):1892194.[6] 张东周,剑 敏,吴科如,等.相变储能混凝土制备方法及其储能行为研究[J].建筑材料学报,2003,12:3742380. [7] 陈 燕,岳文海,董若兰.石膏建筑材料[M].北京:中国建材工业出版社;2003.・48・ 天 津 理 工 大 学 学 报 第24卷 第3期。
纳米二氧化钛的制备、表征及应用刘孝恒 汪 信 杨绪杰 陆路德(南京理工大学化工学院,南京,210094) 摘 要 综述了纳米二氧化钛的制备方法及结构表征的基本概况,并介绍了10年来纳米二氧化钛的应用研究发展动态。
关键词 纳米材料 溶胶-凝胶法 粒径 二氧化钛PREPARATION,CHARACTERIZATION AN D APP LICATION OFNAN OCR YSTA LLINE TITANIALiu X iaoheng Wang X in Y ang Xujie Lu Lude(School o f Chemical Engineering,Nanjing Univer sity o f Science and T echnology,Nanjing,210094) Abstract The general situation of preparation and characterization of nanocrystalline titania was reviewed.The last decade progress in the application studies of nanocrystalline titania was de2 scribed.K ey w ords Nanosized materials S ol2gel method Particle size T itania 纳米材料是指微粒几何尺寸(至少在一维方向上)在1～100nm范围内的固体材料[1]。
自从G leiter等人于80年代初进行纳米材料的开拓性研究以来,有关此类新型材料的研究与开发已引起了各国科技界与产业界的广泛关注,我国90年代逐渐展开对纳米材料的理论与应用研究,部分研究(如纳米氮化镓、纳米碳管的制备)已达到国际先进水准,而有些纳米材料(如纳米二氧化钛)已经进入产业化开发与生产阶段。
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。
日本利用氟树脂、纳米TiO 2等开发出了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，薄板表面生成的HNO 3可由雨水冲洗掉，[收稿日期] 2007-05-28[作者简介] 刘小风，男，江苏泰州人，工科学士，助教，主要从事新型材料的研究。
第 7 期31保证了催化剂活性的稳定。
1.2 在化妆品中的应用［4］纳米TiO2具有优异的紫外线屏蔽作用、透明性以及无毒等特点，使其广泛地应用于防晒霜类护肤产品。
用于防晒的纳米二氧化钛，要求白度低、防晒系数高。
为降低白度，可采用碱式脂肪酸铁盐包覆纳米TiO2颗粒，适当提高其含量，可提高防晒系数。
如当含有10%纳米二氧化钛时，防晒系数可达30。
1.3 在涂料中的应用室内的木器在日光灯发出的紫外线照射下，容易发黑，并降低其使用寿命，采用含0.5%~4%纳米TiO2的透明涂料，可使木器不被紫外线损害。
邹敏等人［5］对纳米TiO2改善钢结构防火涂料的性能进行了研究，结果表明：与纯钢结构防火涂料相比，添加了纳米TiO2之后，改性钢结构防火涂料的性能有较大的提高。
1.4 在特殊材料制备中的应用田清华等人［6］以PEG（聚乙二醇）为添加剂，锚固吸附在溶胶-凝胶法制备的二氧化钛薄膜表面，对其微观结构进行改造，为性能优良的气敏材料的制备奠定了良好的基础。
Ana M.Ruiz等人以溶胶-凝胶法制备纳米二氧化钛，并掺杂过渡金属离子La和Cu，研究La和Cu对二氧化钛颗粒的阻聚作用以及对高温下二氧化钛晶型转换的影响，结果表明：900℃高温下添加2%的Cu可使二氧化钛的气敏活性明显增强，尤其对CO气体，灵敏度显著增加，响应时间相应缩短。
1.5 在医药方面的应用赵东元等人［7］曾尝试利用孔径为6.0 nm的纳米二氧化钛介孔分子筛，对小牛血清蛋白进行分离，在医药领域取得了良好的效果，并发现介孔纳米结构材料用于色谱分离具有高效并保持生理活性的优点。
此外，在陶瓷、塑料、纺织以及电子等行业，纳米二氧化钛也具有广阔的应用前景。
纳⽶⼆氧化钛的制备及性质实验纳⽶⼆氧化钛的制备及性质实验⼀、实验⽬的1、了解TiO2纳⽶材料制备的⽅法。
2、掌握⽤溶胶-凝胶法制备TiO2纳⽶材料的原理和过程。
3、掌握纳⽶材料的标准⼿段和分析⽅法。
⼆、实验背景实验前⼀个星期，本⼈通过查阅相关资料及⽂献了解到，纳⽶粉体是指颗粒粒径介于1～100 nm之间的粒⼦，由于颗粒尺⼨的微细化，使得纳⽶粉体在保持原物质化学性质的同时，与块状材料相⽐，在磁性、光吸收、热阻、化学活性、催化和熔点等⽅⾯表现出奇异的性能。
纳⽶TiO2粉体是⼀种重要的⽆机功能材料，纳⽶TiO2粉体⽆毒，氧化能⼒强，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，也是功能陶瓷、⾼级涂料的重要原料，热稳定性好且原材料⼴泛易得，它有三种晶型:板钛矿、锐钛型和⾦红⽯型。
在多相光催化体系中，由于纳⽶⼆氧化钛粉体与污染物有更⼤的接触⾯积，体系中⼆氧化钛表现出更⾼的光催化活性。
⼆氧化钛纳⽶材料的制备⽅法分为：物理法和化学法。
物理法是最早采⽤的纳⽶材料制备⽅法，其⽅法采⽤⾼能消耗的⽅式，“强制”材料“细化”得到纳⽶材料。
且常⽤有构筑法（⽓相沉积法等）和粉碎法（⾼能球磨法等）。
物理法制备纳⽶材料的优点是产品纯度⾼，缺点是产量低、设备投⼊⼤。
⽽化学法采⽤化学合成的⽅法，合成制备纳⽶材料。
例如，沉淀法、化学⽓相凝聚法、⽔热法、溶胶-凝胶法、热解法和还原法等。
TiO2纳⽶材料的制备⽅法分为：⽓相法、液相法和固相法[1]。
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，但是产品的均匀性差，在⼲燥和煅烧过程中易发⽣团聚。
当前实际中应⽤最普遍的液相制备法主要有：液相沉淀法、溶胶-凝胶法、⽔热法和⽔解法。
本次实验将使⽤溶胶-凝胶法。
三、实验原理（1）纳⽶TiO2的制备溶胶-凝胶法胶体是⼀种分散相粒径很⼩的分散体系，分散相粒⼦的重⼒可以忽略，粒⼦之间的相互作⽤主要是短程作⽤⼒。
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。
2012.09.11-2012.09.20纳米二氧化钛的制备和应用姓名（学号）苏州大学材料与化学化工学部09级化学专业摘要:本实验采用水解法制备二氧化钛，处理后经高温焙烧得到纳米TiO2粒子，然后再测定其红外图谱及XRD图谱。
关键词：纳米二氧化钛、制备、水解法Abstract：This experiment using hydrolysis for preparation of titanium dioxide, processed by high temperature roasting get nanometer TiO2particles, and then determine the infrared spectrum and XRD spectrum.Keyword：the nano particles of titanium dioxide 、preparation、hydrolyzation 1.前言表面能发生对水的持续氧化、自1972年，A.Fujishima等发现受辐射的TiO2还原以来，纳米TiO在降解有机物、杀菌、催化等方面的应用不断引起人们的2关注和研究，其前景一片光明。
纳米二氧化钛的制备方法主要有气相法和液相法两大类。
液相法具有合成温度低、制备方法简单、易操作、成本低等特点。
本实验采用水解法制备二氧化钛，处理后经高温焙烧得到纳米TiO2粒子，然后再对其晶相等进行测定。
2.实验部分2.1、仪器与药品仪器：磁力恒温搅拌器、常规玻璃仪器、电子天平、真空干燥器、马弗炉、烘箱、布氏漏斗、真空泵。
、盐酸、去离子水。
药品：TiCl42.2、实验方法在酸性水溶液中持续恒温搅拌条件下水解后再过滤干燥焙烧得到产将TiCl4品。
红外光谱法是用KBr压片法在Nicolet 360 FT-IR光谱仪上测定，测定范围4000～400cm-1。
XRD测定晶相是将焙烧后的产品装入凹槽玻璃片中在XRD波谱仪中进行测定。
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。
纳米二氧化钛的制备、表征及应用刘孝恒 汪 信 杨绪杰 陆路德(南京理工大学化工学院,南京,210094) 摘 要 综述了纳米二氧化钛的制备方法及结构表征的基本概况,并介绍了10年来纳米二氧化钛的应用研究发展动态。
关键词 纳米材料 溶胶-凝胶法 粒径 二氧化钛PREPARATION,CHARACTERIZATION AN D APP LICATION OFNAN OCR YSTA LLINE TITANIALiu X iaoheng Wang X in Y ang Xujie Lu Lude(School o f Chemical Engineering,Nanjing Univer sity o f Science and T echnology,Nanjing,210094) Abstract The general situation of preparation and characterization of nanocrystalline titania was reviewed.The last decade progress in the application studies of nanocrystalline titania was de2 scribed.K ey w ords Nanosized materials S ol2gel method Particle size T itania 纳米材料是指微粒几何尺寸(至少在一维方向上)在1～100nm范围内的固体材料[1]。
自从G leiter等人于80年代初进行纳米材料的开拓性研究以来,有关此类新型材料的研究与开发已引起了各国科技界与产业界的广泛关注,我国90年代逐渐展开对纳米材料的理论与应用研究,部分研究(如纳米氮化镓、纳米碳管的制备)已达到国际先进水准,而有些纳米材料(如纳米二氧化钛)已经进入产业化开发与生产阶段。
