自 然界 中主要有锐钛矿 相和金红石相两种 晶

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。

FOOD INGREDIENTS 添加剂·配料食品安全导刊 2010年8月刊二氧化钛，又称钛白，无臭、无味，是一种白色粉末。

它的化学式为TiO 2，分子量为79.9。

二氧化钛是应用最广泛的白色素之一，如在食品、化妆品、油漆、橡胶、涂料、塑料、纸张、墨水和纤维等行业中的应用。

一般来说，市场上的大多数二氧化钛是从锐钛矿或者金红石中提炼出来的。

锐钛矿中的二氧化钛是一种白色粉末；然而金红石中的二氧化钛是灰白色甚至略带颜色的，这取决于影响其反光率的物质结构。

商业用二氧化钛一般是采用硫酸盐方法或氯化物方法进行生产，主要原料包括钛铁矿（FeO/TiO 2），天然金红石或者钛矿渣。

二氧化钛的生产方法硫酸盐法锐钛矿和金红石中的二氧化钛可以通过硫酸盐方法提炼出来。

含钛矿渣首先用硫酸溶解，然后用水或者稀酸冲淡。

从矿石中溶出的大部分二氧化钛都以钛的氧化-硫酸盐的形式存在，铁离子以其二价的氧化形态存在，可通过结晶生成硫酸亚铁（FeSO 4·7H 2O）而被过滤除去；剩余的溶液采用沉降法除去硅土等不溶物。

提炼锐钛矿中的二氧化钛，部分澄清液需要用碱进行中和以便生产出锐钛矿微晶体，这些微晶体被注入母液中进行水解，产出锐钛矿晶体，接下来进行过滤、冲洗，800～850℃的煅烧和微粉化。

提炼金红石中的二氧化钛，首先也是中和一部分母液，然后与澄清液一起加入进行后续反应，生成的晶体进行过滤、冲洗、900～930℃的煅烧及微粉化。

氯化物法氯化物法提炼金红石中的二氧化钛。

在800～1200℃高温下，氯与金红石在流化床反应器上进行反应，金红石在还原条件下生成无水四氯化钛。

无水四氯化钛可通过分级冷凝方法提纯，然后采用直接高温氧化法或在900～1400℃高温下与水蒸气反应可将四氯化钛转变为二氧化钛，二氧化钛再被冲洗、煅烧，得出最终产品。

或者，含钛矿石与一定浓度的盐酸反应生成四氯化钛水溶液，然后进一步纯化、水解、过滤、冲洗、煅烧和后续反应，可得最终产品。

1 二氧化钛（TiO2）TiO2是一种多晶型氧化物，它有三种晶型：锐钛矿型、板钛矿型和金红石型。

图2-5表示TiO2的三种形态。

在自然界中，锐钛矿和金红石以矿物形式存在，但很难找到板钛矿型的矿物。

因为它晶型不稳定，在成矿时的高温下会转变成金红石型。

板钛矿可人工合成，它不具有多大实际价值。

在晶体化学中，按照鲍林关于离子晶体结构的第三规则：当配位多面体共棱，特别是共面时，晶体结构的稳定性会降低。

这是因为与其共角顶时相比，共棱和共面时其中心阳离子之间的距离缩短，从而使得斥力增加，稳定性降低。

又如果在几种晶型中，都是共棱不共面，则其稳定型随共棱数目的增加而降低。

Ti4+离子的配位数为6，它构成[TiO6]八面体，Ti4+位于八面体的中心，O2-位于八面体的六个角顶，每一个Ti4+被6个O2-包围。

TiO2三种变体的晶体结构都是以[TiO6]八面体为基础的。

但[TiO6]八面体在金红石、板钛矿和锐钛矿三种变体中的共棱数不同，分别为2、3和4。

所以三种晶型结构中以金红石最稳定，其它两种晶型升高到一定温度都将转变成金红石型结构。

这也是在自然界中，天然金红石普遍存在，锐钛矿较少有，板钛矿更是罕见的原因。

图2-5 二氧化钛结晶形态图[39]1—金红石型；2—锐钛矿；3—板钛矿锐钛矿和金红石两种变体的晶体结构分别如图2-6和图2-7所示。

纯TiO2是白色粉末，加热到高温时略显黄色。

工业生产的TiO2俗称钛白粉，是重要的白色颜料，被誉为“白色颜料之王”，不论锐钛型钛白，还是金红石型钛白，应用都很广泛。

TiO2的热稳定性较大，加热至2200℃以上时，才会部分热分解放出O2并生成Ti3O5，进一步加热转变成Ti2O3。

TiO2中O-Ti键结合力很强，因而TiO2具有较稳定的化学性质。

TiO2实际上不溶于水和稀酸，在加热条件下能溶于浓H2SO4、浓HCl和浓HNO3，也可溶于HF中。

在酸性溶液中，钛以Ti4+离子或TiO2+（钛酰基）阳离子形式存在。

广东化工2019年第19期·34·第46卷总第405期Materials Studio在材料模拟中的应用——以TiO2晶体为例贾涛，张佳媛，罗柔，张晋梅，白雪(成都师范学院化学与生命科学学院，四川成都611130)[摘要]二氧化钛具有三种主要的晶型，金红石型，锐钛矿型和板钛矿型，三种晶型的结构不同，因此性质也不同。

本文将使用Materials Studio 中的CASTEP程序对二氧化钛三种晶型进行模拟，并测量不同晶型中体系的能带结构和态密度。

[关键词]Materials Studio；二氧化钛；能带结构；态密度[中图分类号]TQ[文献标识码]A[文章编号]1007-1865(2019)19-0034-02Materials Studio Application in Material Simulation—Take TiO2Crystal As anExampleJia Tao,Zhang Jiayuan,Luo Rou,Zhang Jinmei,Bai Xue(College of Chemistry and Life Science,Chengdu Normal University,Chengdu611130,China)Abstract:Titanium dioxide has three main crystal types,rutile type,anatase type and plate-titanium type.The three crystal types have different structures and therefore different properties.CASTEP in this article will use the Materials Studio program of titanium dioxide,to simulate the three kinds of crystal and measuring different crystal type system in the band structure and density of states.Keywords:materials studio；titanium dioxide；band structure；density of states随着材料科学的不断发展与进步，研究者们对材料的探索程度更加深入，但传统的研究方法难以高效地对材料进行分析研究，而且传统的研究方法误差更大，难以及时的向研究者反馈实验数据。

光催化材料最新研究进展1.简介当今世界正面临着能源短缺和环境污染的严峻挑战,解决这两大问题是人类社会实现可持续发展的迫切需要。

中国既是能源短缺国，又是能源消耗大国。

近年来，伴随社会经济的快速发展，中国石油对外依存度不断攀升,已经严重影响国家经济健康发展和社会稳定，并威胁到国家能源安全。

同时，石油等化石能源的过度消耗导致污染物大量排放，加剧了环境污染，尤其是我国近年来雾霾天气的频繁出现，严重影响了人民的生活和身体健康，开发和利用太阳能是解决这一难题的有效方法之一。

我国太阳能资源十分丰富，每年可供开发利用的太阳能约 1.6X1O15W，大约是2010年中国能源消耗的500 倍。

从长远看，太阳能的有效开发与利用对优化中国能源结构具有重大意义。

然而太阳能存在能量密度低、分布不均匀、昼夜/季节变化大、不易储存等缺点。

如图 1 所示，光催化技术可以将太阳能转换为氢能。

氢能能量密度高、清洁环保、使用方便，被认为是一种理想的能源载体。

目前氢能的利用技术逐渐趋于成熟，以氢气为燃料的燃料电池已开始实用化，氢气汽车和氢气汽轮机等一些“绿色能源”产品已开始投入市场。

氢利用技术的成熟提高了对制氢技术快速发展的要求。

高效、低成本、大规模制氢技术的开发成为了氢经济”时代的迫切需求。

自20世纪70年代日本科学家利用TiO2光催化分解水产生氢气和氧气以来，光催化材料一直是国内外研究的热点之一。

光催化太阳能制氢方法是一种成本低廉、集光转换与能量存储于一体的方法，该领域的研究越来越受到各国的广泛关注。

国际上光催化材料研究竞争十分激烈。

光催化材料不仅具有分解水制氢的功能,而且具有环境净化功能。

利用光催化材料净化空气和水已成为当今世界引人注目的高新环境净化技术。

太阳能转换效率是制约光催化技术走向实用化的关键因素之一，光催化材料的光响应范围决定了太阳能转换氢能的最大理论转化效率。

光催化领域经过40余年的发展和积累，正孕育着重大突破，光催化太阳能转换效率不断提高，光催化技术正处于迈向大规模应用的关键阶段，国际竞争十分激烈。

复合材料学报第27卷　第2期 4月　2010年A ct a M ateri ae C om p o sit ae Sini c aVol 127No 12April2010文章编号:100023851(2010)022*******收稿日期:2009204213;收修改稿日期:2009211212基金项目:吉林省科技发展计划项目(20090519)通讯作者:张　驰,博士,副教授,主要研究方向为塑性加工及自动化　E 2mail :yueying @TiB 2颗粒增强钛基复合材料抗氧化性能李月英,彭丽华,张　驰3,曹占义,刘勇兵(吉林大学汽车材料教育部重点实验室,长春130025)摘　要:　采用粉末冶金法制备了TiB 2/Ti 颗粒增强钛基复合材料,研究了不同烧结温度(800、900、1000和1100℃)TiB 2/Ti 复合材料在600、700、800和900℃空气中的恒温氧化行为,分析了TiB 2对钛基复合材料氧化动力学行为的影响,并对氧化层表面的相组成、形貌以及氧化层剖面的显微结构进行了分析。

结果表明:该复合材料的氧化层表面的氧化产物主要为金红石型TiO 2,此外还有Fe 2O 3、Al 2O 3和B 2O 3,未发现其它类型钛的氧化物;TiB 2/Ti 复合材料800℃恒温空气中氧化的氧化动力学曲线初始阶段氧化速度较快,随着氧化时间的延长,形成的氧化膜减慢了氧化的速度;随着增强体TiB 2体积分数的增加和烧结温度的提高,复合材料的抗氧化性能提高,这主要是由于提高烧结温度和提高增强体TiB 2的体积分数均有利于氧化层的致密度提高,从而提高了材料的抗氧化性能。

关键词:　钛基复合材料;TiB 2颗粒;抗氧化性;氧化动力学中图分类号:　TB331 文献标志码:AOxidation properties of TiB 2/Ti compositesL I Yueying ,PEN G Lihua ,ZHAN G Chi 3,CAO Zhanyi ,L IU Y ongbing(Key Laboratory of Automobile Materials (Ministry of Education ),Jilin University ,Changchun 130025,China )Abstract :　TiB 2/Ti composites were fabricated by powder metallurgy.The isothermal oxidation behavior of TiB 2/Ti composites sintered at different temperatures (800,900,1000and 1100℃)at 600,700,800and 900℃in air were investigated.The reaction products in the oxidation layer were examined by XRD.The surface morphology and cross 2sectional microstructure of the oxidation layer were analyzed by SEM.The results show that an oxidation layer mainly consists of rutile 2TiO 2,Fe 2O 3,Al 2O 3and B 2O 3.No other Ti oxides are observed within the oxidation layer.Oxidation kinetics curves of TiB 2/Ti composites at 800℃in air show that the oxidation speed is rapid at the beginning of oxidation ,but with the increase of oxidation time the oxidation speed becomes slow due to the formation of an oxidation film.With the increase of volume f raction of TiB 2reinforcements and sintering temperature ,the oxidation resistance of TiB 2/Ti composites can be increased.It is attributed to the formation of the thin and dense oxidation film.K eyw ords :　titanium matrix composite ;TiB 2particles ;oxidation resistance ;oxidation kinetics 钛基复合材料(TMCs )具有比钛合金更高的比强度和比模量,具有极佳的耐疲劳和抗蠕变性能,并克服了原钛合金耐磨性及高温性能差等缺点,已成为超高音速宇航飞行器和下一代先进航空发动机的候选材料,并可以作为高温、高压、酸、碱、盐等条件下的结构材料[125]。

1 二氧化钛（TiO2）TiO2是一种多晶型氧化物，它有三种晶型：锐钛矿型、板钛矿型和金红石型。

图2-5表示TiO2的三种形态。

在自然界中，锐钛矿和金红石以矿物形式存在，但很难找到板钛矿型的矿物。

因为它晶型不稳定，在成矿时的高温下会转变成金红石型。

板钛矿可人工合成，它不具有多大实际价值。

在晶体化学中，按照鲍林关于离子晶体结构的第三规则：当配位多面体共棱，特别是共面时，晶体结构的稳定性会降低。

这是因为与其共角顶时相比，共棱和共面时其中心阳离子之间的距离缩短，从而使得斥力增加，稳定性降低。

又如果在几种晶型中，都是共棱不共面，则其稳定型随共棱数目的增加而降低。

Ti4+离子的配位数为6，它构成[TiO6]八面体，Ti4+位于八面体的中心，O2-位于八面体的六个角顶，每一个Ti4+被6个O2-包围。

TiO2三种变体的晶体结构都是以[TiO6]八面体为基础的。

但[TiO6]八面体在金红石、板钛矿和锐钛矿三种变体中的共棱数不同，分别为2、3和4。

所以三种晶型结构中以金红石最稳定，其它两种晶型升高到一定温度都将转变成金红石型结构。

这也是在自然界中，天然金红石普遍存在，锐钛矿较少有，板钛矿更是罕见的原因。

图2-5 二氧化钛结晶形态图[39]1—金红石型；2—锐钛矿；3—板钛矿锐钛矿和金红石两种变体的晶体结构分别如图2-6和图2-7所示。

纯TiO2是白色粉末，加热到高温时略显黄色。

工业生产的TiO2俗称钛白粉，是重要的白色颜料，被誉为“白色颜料之王”，不论锐钛型钛白，还是金红石型钛白，应用都很广泛。

TiO2的热稳定性较大，加热至2200℃以上时，才会部分热分解放出O2并生成Ti3O5，进一步加热转变成Ti2O3。

TiO2中O-Ti键结合力很强，因而TiO2具有较稳定的化学性质。

TiO2实际上不溶于水和稀酸，在加热条件下能溶于浓H2SO4、浓HCl和浓HNO3，也可溶于HF中。

在酸性溶液中，钛以Ti4+离子或TiO2+（钛酰基）阳离子形式存在。

很多人在生活中常常分不清锐钛型钛白粉与金红石型钛白粉的区别，作为钛白粉下非常受欢迎的两类产品，我们应该适当的了解这二者的不同：很简单的一种方法就是锐钛型钛白粉经过高温制得金红石型钛白粉，所以说锐钛型是没有熔点的。

其实它们的区别方法还有很多，外观、内部结构等个方面都有不同，当大家掌握了这些信息，就可以很好的辨别出它们了……（锐钛型钛白粉-图例）【锐钛型钛白粉与金红石型钛白粉的区别】从构造、物化性质等方面我们都可以了解到这二者的不同，今天就由迈图化学的技术人员为大家来介绍一下：一、锐钛型钛白粉与金红石型钛白粉TiO2属于一种n型半导体材料，金红石型钛白粉与锐钛型钛白粉是钛白粉的两大重要种类，但是由于两者性质不同，从而也导致了它们各方面的差异，锐钛型和金红石型均属四方晶系，两种晶型都是由相互连接的TiO6八面体组成的，每个Ti原子都位于八面体的中间，且被6个O原子围绕。

二、锐钛型钛白粉与金红石型钛白粉化学性质的区别两者的差别主要是八面体的畸变程度和相互连接方式不同。

金红石和锐钛矿晶胞结构的差异也导致了这两种晶型物化性质的不同。

从热力学角度看，金红石是相对稳定的晶型，熔点为1870℃；而锐钛是二氧化钛的低温相，一般在500℃~600℃时转变为金红石。

二氧化钛晶型转变的实质是晶胞结构组成单元八面体的结构重排。

金红石晶型结构中原子排列更加致密，密度、硬度、介电常数更高，对光的散射也更大。

因此，金红石是常用的白色涂料和防紫外线材料，对紫外线有非常强的屏蔽作用，在工业涂料和化妆品方面有着广泛的应用。

锐钦的带隙宽度为稍大于金红石的，光生电子和空穴不易在表面复合，因而具有更高的光催化活性能够直接利用太阳光中的紫外光进行光催化降解，而且不会引起二次污染。

因此，锐钛矿是常用的处理环境污染方面问题的光催化材料。

三、锐钛型钛白粉与金红石型钛白粉物理性质的区别1.熔点和沸点由于锐钛型在高温下会转变成金红石型，因此锐钛型二氧化钛的熔点和沸点实际上是不存在的。

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。

锐钛矿TiO2转变为金红石TiO2机制和性能摘要：TiO2 是多相光催化研究中使用较多的一种材料。

其在自然界存有3种不同的晶型：锐钛矿、金红石、板钛矿相。

锐钛矿相转变为金红石相的过程是扩散相变。

金红石是热力学稳定相, 锐钛矿是亚稳相, 并且从锐钛矿相到金红石相的相变是亚稳相到稳定相的不可逆相变。

而煅烧时间与煅烧温度会影响其晶型的转变。

在众多影响光催化性能的因素中，晶型是较为重要的一个因素。

关键字：锐钛矿、金红石、TiO2、相变、光催化光催化降解是一门新型的并正在迅速发展的科学技术。

研究表明，在适当的条件下，许多有机物污染物经光催化降解，可生成无毒无味的CO2、H2O及一些简单的无机物。

目前，在光催化降解领域所采用的光催化剂多为N型半导体材料, 如TiO2、ZnO、Fe2O3、SnO2、WO3和CdS 等, 其中TiO2以其无毒、价廉、稳定和特殊的光、电性能等优点倍受人们青睐，成为最受重视的一种光催化剂[1]。

1.二氧化钛的结构近年来, TiO2纳米材料制备、表征及改性一直是光催化研究领域的重点。

同一种半导体可能具有不同的晶型，晶型的不同实际上就是组成物质的原子不同的空间构型有序的排布。

二氧化钛是白色粉末状多晶型化合物, 自然界有锐钛矿型, 金红石型和板钛型三种晶型结构, 但板钛型二氧化钛极不稳定且无实用价值[2]。

所以目前的研究一般都主要为金红石相及锐钛矿相。

TiO2晶体基本结构是钛氧八面体( TiO6)。

钛氧八面体连接形式不同而构成锐钛矿相、金红石相和板钛矿相。

锐钛矿型和金红石型均属于四方晶系，二者均可用相互连接的Ti06八面体表示，但八面体的畸变程度和连接方式各不不同。

板钛矿型属正交晶系，一般难以制备，目前研究很少。

如图1所示，金红石型（a）的八面体不规则，微显斜方晶；锐钛矿(b)呈明显的斜方晶畸变，对称性低于前者。

从图2[3]中可以看出锐钛矿TiO2的Ti-Ti键长比金红石大，而Ti-O键比金红石小。

在自然界中，二氧化钛相信大家没见过的也都听说过，二氧化钛其实就是钛白粉的原材料，并且有三种结晶方式，主要可以分为锐钛型、金红石型和板钛型，由于板钛型不稳定，基本上没有价值，所以使用非常多的就是金红石型和锐钛型。

工业中经常使用的这两种钛白粉，也可以分为很多种类型，今天我们就来具体的了解一下吧。

（钛白粉-图例）【钛白粉的几种晶型】二氧化钛在自然界有三种结晶形态：金红石型、锐钛型和板钛型。

板钛型属斜方晶系，是不稳定的晶型，在650℃以上即转化成金红石型，因此在工业上没有实用价值。

锐钛型在常温下是稳定的，但在高温下要向金红石型转化。

其转化强度视制造方法及煅烧过程中是否加有抑制或促进剂等条件有关。

一般认为在165℃以下几乎不进行晶型转化，超过730℃时转化得很快。

金红石型是二氧化钛最稳定的结晶形态，结构致密，与锐钛型相比有较高的硬度、密度、介电常数与折光率。

金红石型和锐钛型都属于四方晶系，但具有不同的晶格，因而X射线图象也不同，锐钛型二氧化钛的衍射角位于25.5°，金红石型的衍射角位于27.5°。

金红石型的晶体细长，呈棱形，通常是孪晶；而锐钛型一般近似规则的八面体。

金红石型比起锐钛型来说，由于其单位晶格由两个二氧化钛分子组成而锐钛型却是由四个二氧化钛分子组成，故其单位晶格较小且紧密，所以具有较大的稳定性和相对密度，因此具有较高的折射率和介电常数及较低的热传导性。

二氧化钛的三种同分异构体中只有金红石型最稳定，也只有金红石型可通过热转换获得。

天然板钛矿在650℃以上即转换为金红石型，锐钛矿在915℃左右也能转变呈金红石型。

【钛白粉有多少种】在上面说到钛白粉按照晶型大致可分为锐钛型、金红石型、板钛型。

其中板钛型极其不稳定且晶格缺陷不能当做颜料使用。

金红石型比锐钛型能够更好的分散可见光，具有更强的稳定性和出色的耐候耐久性。

而锐钛型未包覆的国产钛白粉最便宜。

而锐钛型钛白粉和金红石型钛白粉又有很多不同的型号：锐钛型钛白粉分类：1.ZA-100锐钛型钛白粉主要适用于内墙涂料、室内装饰用漆、底漆、橡胶的着色。

氧化钛与二氧化钛-概述说明以及解释1.引言1.1 概述氧化钛与二氧化钛是两种具有重要应用价值的化合物。

氧化钛是一种无机化合物，化学式为TiO2，常见有金红石型和锐钛矿型两种晶体结构。

它具有较高的熔点、硬度和抗腐蚀性，同时还表现出优异的光催化、电催化和光电化学性能。

因此，氧化钛在诸多领域具有广泛的应用，包括太阳能电池、分解有机污染物、自清洁涂层等。

二氧化钛是一种常见的金属氧化物，也是最重要的二氧化物之一。

其化学式为TiO2，存在三种晶型：金红石型、锐钛矿型和水合钛酸盐型。

二氧化钛具有优异的光学性能和光催化性能，被广泛应用于颜料、涂料、陶瓷、光催化等领域。

同时，二氧化钛还具有较高的化学稳定性和生物相容性，因此也常被用于医学领域。

本文将重点对氧化钛和二氧化钛的性质和应用进行介绍，并对二者进行比较和分析。

通过对其优点和缺点的总结，对氧化钛与二氧化钛的未来研究方向进行展望。

希望能够为读者更好地理解和应用氧化钛与二氧化钛提供参考。

1.2 文章结构文章结构是指文章的组织方式以及各个部分之间的逻辑关系。

本文将按照以下结构展开：第一部分是引言，包括概述、文章结构和目的。

引言部分将对氧化钛和二氧化钛进行简要介绍，说明文章的结构和目的。

第二部分是正文，将分为三个小节分别介绍氧化钛的性质和应用、二氧化钛的性质和应用，以及氧化钛与二氧化钛的比较。

在介绍氧化钛和二氧化钛的性质时，将详细阐述它们的化学组成、晶体结构、物理性质等方面的特点。

在应用方面，将探讨氧化钛和二氧化钛在各个领域的应用，如材料科学、光催化、电化学等。

在比较部分，将就氧化钛和二氧化钛的特性、用途等方面进行对比，突出它们之间的相似性和差异性。

第三部分是结论，将总结氧化钛和二氧化钛的优点和缺点。

同时，还将对氧化钛和二氧化钛的未来研究方向进行展望，探讨其在材料科学和其他领域的发展潜力。

通过以上的文章结构安排，读者可以清晰地了解氧化钛和二氧化钛的性质、应用以及它们之间的比较。

二氧化钛基本结构二氧化钛（TiO2）是一种常见而重要的无机化合物，它具有广泛的应用领域，包括催化剂、太阳能电池、涂料、护肤品等。

了解二氧化钛的基本结构是理解其性质和应用的重要基础。

首先，二氧化钛的化学式是TiO2，表示钛和氧的比例为1：2。

它是由一个钛离子（Ti）和两个氧离子（O）组成的晶格结构。

这种晶格结构可以分为三种晶相，分别是金红石相、锐钛矿相和和闪锌矿相。

其中最常见的形式是金红石相。

在金红石相的二氧化钛中，每个钛离子都被六个氧离子包围着，形成了八面体的配位环境。

钛离子的配位数为6，这意味着每个钛离子的周围有六个氧离子。

这种八面体的结构使得二氧化钛具有一些特殊的性质，如高度的化学稳定性和良好的光吸收性能。

除了八面体的配位环境，二氧化钛中还存在着一种空穴结构。

这种空穴是指由于晶格中的氧离子缺陷而形成的，它能够吸收和传导电子。

这种空穴结构使得二氧化钛具有半导体的特性，能够作为催化剂和光催化剂，在化学反应中起到重要的作用。

此外，二氧化钛还具有一些其他的结构特点。

例如，二氧化钛是一种多晶材料，晶体中存在着许多晶粒，这些晶粒之间通过晶界相互连接。

晶界是晶体中两个晶粒之间的交界面，它对于二氧化钛的性质和应用有着重要的影响。

最后，需要提到的是，二氧化钛的结构可以通过不同的方法进行调控和改变。

例如，可以通过掺杂其他元素或在特定条件下制备不同形貌的二氧化钛纳米材料。

这种调控和改变结构的方法可以进一步优化二氧化钛的性质，使其在不同领域有更广泛的应用。

综上所述，二氧化钛的基本结构是由八面体配位的钛离子和氧离子组成的晶格结构。

它具有特殊的光吸收性能和半导体特性，并且可以通过调控和改变结构来优化其性质。

了解二氧化钛的基本结构对于理解其性质和应用具有重要的意义。

TiO2金属氧化物纳米复合结构中TiO2相变过程的研究二氧化钛有板钛矿、金红石和锐钛矿三种晶型。

其中金红石和锐钛型TiO2应用较广泛。

因为金红石的型晶胞比锐钛型的优点更多，所以金红石型TiO2的应用比锐钛型TiO2更为广泛。

要实现TiO2彻底的相变, 通常需要较高的加热温度和较长的加热时间。

这就导致工业生产能耗大, 成本高。

为了降低能耗, 必须寻找降低TiO2相变温度的方法。

我们使用高压静电纺丝法来制备TiO2，并用微区共焦激光Raman、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等表征方式来对TiO2来进行相变研究。

以此来找到更好的TiO2相变方法。

第一章绪论在纳米尺寸上即10-10-10-7m的范围内对自然界事物的认识和改造被称之为纳米技术。

它是直接安排和操作分子与原子来得到全新的物质。

正因为如此随着纳米技术的发展，纳米材料也逐渐增多的产生。

纳米材料也因为具有小尺寸和大比表面积等物理效应，在新世纪的研究与应用上占据了自己的一席之地。

随着现代科学技术的发展，人类对能源的需求量越来越大，而矿物燃料的开采已有日趋枯竭之时，因而对新能源的开发和利用成为中所关注的重要课题[1]。

TiO2因其可见光透过率搞、高折射率和化学稳定性好等优良特性在光催化降解有机物、染料敏化太阳能电池以及防雾自清洁等方面展现出广阔的应用前景[2-4]。

除此以外，TiO2的纳米纤维比较容易制的，所以对TiO2的研究被广泛开展。

1.1关于纳米材料1.1.1纳米材料的物理效应任意小粒子进入纳米量级即1-100nm时，其就会具有纳米材料具有的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应与宏观量子隧道效应。

1）量子尺寸效应当粒子尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象和纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级，能隙变宽现象均称为量子尺寸效应。

因为量子尺寸效应，当能级间隙比热能、磁能、静电能、静磁能、光子能量大的时候那么此物质纳米材料的光、电、声、热、磁的性质会与其在宏观状态下的特性有明显的不同。

TiO2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,其中金红石型和锐钛矿型TiO2具有较高的催化活性，尤以锐钛矿型光催化活性［4］最佳。

锐钛矿型和金红石型的晶型结构均由相互连接的TiO2八面体组成，两者的差别在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1-1 TiO2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—2 TiO2结构单元的连接方式
a—-共边方式；b——共顶点方式
锐钛矿型TiO2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TiO2分子组成一个晶胞。

金红石型TiO2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TiO2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TiO2为斜方晶系，6个TiO2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。

1. 简要说明XPS 光电子能谱分析的工作原理及其应用。

答：X 射线光电子能谱的理论基础是光电效应。

当X 射线光子照射样品，光子的能量大于原子中的电子结合能和样品的功函数时，则吸收了光子的电子可以脱离样品表面进入真空中，且具有一定的能量。

其能量关系为b k E hv E -=，其中hv 为入射光子的能量；Eb 、Ek 为光电子的结合能和动能。

不同元素不同价态具有不同的动能，用能量分析器测出Ek ，就可分析材料的表面组成。

应用：①元素的定性定量分析②有机物和高聚物研究中的化学结构分析③固体化合物表面分析2. 电子束入射固体样品表面会激发哪些信号? 它们有哪些特点和用途? 答：主要有六种：1)背散射电子:能量高；来自样品表面几百nm 深度范围；其产额随原子序数增大而增多.用作形貌分析、成分分析以及结构分析。

2)二次电子:能量较低；来自表层5—10nm 深度范围；对样品表面化状态十分敏感。

不能进行成分分析.主要用于分析样品表面形貌。

3)吸收电子:其衬度恰好和SE 或BE 信号调制图像衬度相反;与背散射电子的衬度互补。

吸收电子能产生原子序数衬度，即可用来进行定性的微区成分分析.4)透射电子：透射电子信号由微区的厚度、成分和晶体结构决定.可进行微区成分分析。

5)特征X 射线: 用特征值进行成分分析，来自样品较深的区域 。

6)俄歇电子:各元素的俄歇电子能量值很低；来自样品表面1—2nm 范围。

它适合做表面分析。

3、请给出单晶多晶非晶衍射花样的特点。

答：单晶 具有大量衍射斑点，直接反映晶体的倒易阵点配置多晶 环花样：一系列同心的圆环非晶 衍射花样为一对称球形设薄膜有A 、B 两晶粒，B 晶粒内的某(hkl)晶面严格满足Bragg 条件，A 晶粒内所有晶面与Bragg 角相差较大，不能产生衍射，画图说明衍衬成像原理，并说明什么是明场像和暗场像。

明场像：电子束穿越薄晶，满足布拉格条件产生散射，利用衬度光栏仅让透射束通过成像。

二氧化钛的光催化性能及其应用作者姓名秦幸海学号************专业无机非金属材料指导教师姓名王峰目录摘要 (3)第一章二氧化钛的性能 (3)1.1二氧化钛的结构 (3)第二章反应机理 (4)2.1光催化反应机理 (4)2.2杀菌机理 (5)2.3光催化活性的影响因素 (5)第三章二氧化钛催化剂的应用 (7)3.1在空气净化方面的应用 (7)3.2在水处理方面的应用 (7)3.3在其它方面的应用 (8)第四章结束语 (9)摘要二氧化钛是一种应用广泛的半导体材料，它因成本低、稳定性好、对人体无毒性，并具有气敏、压敏、光敏以及强的光催化特性而被广泛应用到传感器、电子添料、油漆涂料、光催化剂以及其它化工原料等[1-3]，国内外很多科技工作者投身到二氧化钛的研究开发之中，每年都有大量论文报道。

80年代末以来人们在纳米二氧化钛的制备工艺和性能研究方面做了大量工作。

特别是在利用二氧化钛光催化降解污水等方面取得了一定成果，本文就二氧化钛在光催化方面的研究现状做分析，并就其应用前景的提出几点看法。

关键词：二氧化钛光催化性能应用第一章二氧化钛的性能1.1二氧化钛的结构二氧化钛，俗名为钛白粉，有3种晶型：锐钛矿型(Anatase，简写为A )、金红石型(R utile简写为R ) 和板钛矿型，三者在自然界中都存在。

其中, 板钛矿型在自然界中很稀有,属斜方晶系,是不稳定的晶型,因而没有工业价值。

但是锐铁矿和金红石相在自然界普遍存在，在光催化领域有广泛的应用。

金红石和锐钛矿两者均为四方晶系,晶型结构均可由相互衔接的Ti06八面体表示。

两者的差别在于八面体的畸变程度和八面体间相互衔接的方式不同,如图1所示。

在金红石相中,晶体结构表现为氧离子近似六方最紧密堆积,钛离子位于变形的八面体空隙中,构成[Ti06]八面体,铁离子的配位数为六,氧离子的配位数为三,[Ti06] 配位八面体沿C轴共棱成链状排列,链间由配位八面体共角顶相连,Ti06八面体有稍微的畸变,金红石型中每个八面体与周围10个八面体相连(其中两个共边, 八个共顶角),而锐铁矿型中每个八面体与周围8个八面体相连(四个共边,四个共顶角) 。