微晶纤维素模板法制备纳米二氧化钛及表征

第36卷第1期Vol.36No.1徐州工程学院学报(自然科学版)Journal of Xuzhou Institute of Technology(Natural Sciences Edition)2021年3月Mar.2021二氧化钛纳米线的制备及表征王晓辉，徐超飞，陈艳，庄文昌，张彩，周俊（徐州工程学院材料与化学工程学院，江苏徐州221018）摘要：采用水热法，经中和、洗涤、抽滤、煅烧得到二氧化钛纳米线.以质量分析、XRD、SEM和红外光谱等对制得的二氧化钛纳米线进行表征.结果显示，粒径为3.5146nm的纳米二氧化钛制备成为宽约80~150nm、长约0.8〜4/im线性结构良好且稍微弯曲的纳米线.400C煅烧的钛酸纳米线有较多羟基.随着煅烧温度的升高，钛酸纳米线逐渐失去结合水形成二氧化钛纳米线，650C时纳米线发生断裂，团聚为较大颗粒.关键词：二氧化钛；纳米线；水热法中图分类号:TQ134.11文献标志码:A文章编号=1674-358X（2021）01-0015-05纳米材料处于1〜100nm,按空间维度分为零维（点状）、一维（线状、棒状和管状）、二维（面状）、三维（纳米体状）［-2］•一维纳米二氧化钛的应用十分广泛，如光催化分解水产氢［3］、光催化还原CO：有机物⑷、光催化降解污染物［5］、光催化抗菌消毒［6］、光催化自洁材料7、染料敏化太阳电池8、聚合物改性［9］、化妆品阻隔紫外线等［0］,制备方法有模板法［11］、水热法［12］、溶液凝胶法［13］、钛金属直接氧化法［14］、化学气相沉积法等［15］.水热法合成二氧化钛纳米线的反应体系没有毒性气体排放，生产时浓氢氧化钠溶液可以循环利用，原料易得价廉，产率较高，程序简单.Yuan等［16］采用一步水热反应，在TiO2粉体和碱性溶液中合成了一维钛酸纳米线.Othman等［17］合成了直径为15nm的一维钛酸纳米线.Yin等用水热法和乙二醇（EG）辅助促进超细纳米线生长，在低浓度氢氧化钠溶液中制备了直径为10~30nm的超细钛酸纳米线，经酸洗和后退火将其转化为锐钛矿型二氧化钛纳米线.本文首先用浓碱法制备了钛酸纳米线，再经煅烧将其制备成二氧化钛纳米线，并研究了煅烧等因素对其制备的影响，分析了纳米线形成过程，为精确控制二氧化钛纳米线形貌作参考，进而寻找适合应用于填充橡胶的二氧化钛最佳结构.1实验部分1.1材料与仪器材料：纳米二氧化钛（ZXL-001,莱阳子环保科技有限公司），氢氧化钠，盐酸，均为分析纯.仪器：电子天平，恒温磁力搅拌器，电鼓风干燥箱，马弗炉，不锈钢反应釜.1.2实验步骤实验采用水热碱浴法.称取144g氢氧化钠固体，溶于600mL去离子水中.称取12g纳米二氧化钛粉末加入氢氧化钠溶液中，将混合溶液置于磁力搅拌器上常温搅拌0.5h.将搅拌均匀的混合溶液平均放入6个100mL的聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，置于电鼓风干燥箱中设置温度为180C反应24h,自然冷却至室温，取出产物，用去离子水反复清洗至残余质量不变，并抽滤.用盐酸将其中和至中性得到钛酸纳米线，抽滤后放入电鼓风干燥箱中于100C干燥0.5h并测量样品质量.然后将得到的钛酸纳米线放入马弗炉中，分别在400.500.650C进行煅烧得到二氧化钛纳米线，并测量煅烧前后的质量.收稿日期:2020-09-21基金项目：江苏省重点研发计划（BE2015041）；江苏省高校自然科学基金项目（19KJA430020）作者简介：王晓辉（1974—）,男，副教授，博士，主要从事高分子有机无机材料及计算化学研究.-15-徐州工程学院学报(自然科学版)2021年第1期1. 3分析表征1.3.1 XRD 分析用带有Cu 辐射源的D/MAX-mC 型X 线衍射仪在20=5°〜80°范围内扫描.Cu 靶的工作管电压为 40 kV,管电流为100 mA.纳米线表面的结晶情况、结构和晶粒大小粒度可依据XRD 衍射图利用Debye- Scherrer 公式进行计算.kXD cos 00=式中0为主峰半宽高对应的弧度值;k 为形状因子，取0.89；为X 线波长，当使用Cu 靶时为1. 541 78 nm ； D 为纳米颗粒的晶粒尺寸；0为半衍射角.运用JADE 对XRD 结果进行分析.1.3.2 SEM 分析用S-4800超高分辨率扫描电子显微镜对纳米线样品进行表征，加速电压为0. 5~30 kV,0. 1 kV/步.观 察并分析纳米线的直径、长度、形貌变化.1.3.3红外光谱分析用SX-203型Nicolet-IR 傅立叶红外光谱分析仪分析材料表面官能团和元素.2结果与讨论2.1洗涤对钛酸纳米线残余质量的影响制得的钛酸纳米线放入蒸馏水中后缓慢沉淀，而所用的原料纳米二氧化钛以颗粒形式均匀分散在蒸馏 水中，原料纳米二氧化钛结构已经改变.表1是2组钛酸纳米线煅烧后得到二氧化钛纳米线所失水质量.其中1组为对钛酸纳米线多次洗涤之 后所得，按照二氧化钛分子质量为79. 867 g/mol 计算剩余二氧化钛纳米线为0. 1037 mol,失去水分的为 1. 7372 mol,失去水分的量为二氧化钛纳米线的16. 738倍，其中可能部分为钛酸纳米线表面吸附的水分子, 部分为钛酸纳米线分解成二氧化钛.而2组为未洗涤所得的样品，钛酸纳米线含量高的原因可能是含有氢氧 化钠或氯化钠等杂质.因此在煅烧之前，要将钛酸纳米线用去离子水充分洗涤.表1钛酸纳米线的残余质量和失水分析组别400 C 煅烧前质量/g 400 C 煅烧后质量/g 失水质量/g 纳米线质量分数/%139. 5618.29031.27120 95214.9623.93811.02426 322.2 XRD 分析运用JADE6进行分析,并与标准比色卡进行对比发现纳米二氧化钛在 20=25. 321°、48. 062°、53. 974°时，分别对应标准卡片(JCPDS)NO. 86-157中二氧化钛锐钛矿相 的(101 ), ( 200), ( 105 )晶面，而 20= 27. 492°、54. 434°、36.149°对应标准卡片(JCPDS)NO. 87-0710 中金红石的(110),(211),(101)晶面.并且锐钛矿对应峰面积远远高于金红石，故此样品中主要含有锐钛矿，只含有少量金红石相.如图1运用JADE6计算得到纳米二氧化钛最强峰对应的晶面距离3. 5146 nm,即平均粒径.图2所示为煅烧对纳米二氧化钛XRD 图的影响.未煅烧的b 和400 C 煅烧后的材料结构相似，没有明显的二氧化钛结构，为钛酸纳米线；而纳米二氧化钛图1 纳米二氧化钛的XRD 图500 C 以及650 C 煅烧得到的材料相似，前者为原料二氧化钛，后两者为二氧化钛纳米线.• 16•王晓辉，等：二氧化钛纳米线的制备及表征500C和650C煅烧所得的XRD图与纳米二氧化钛中与锐钛矿相对应晶面大致相同，但未发现有金红石相，可能在反应时结构发生了改变，进一步推测纳米二氧化钛在反应时形成纳米线的形式是共价键结合.其中500C煅烧所得二氧化钛纳米线不同角度对应的标准比色卡中的PDF#86-1157金红石型晶面具体见表2.其中20表示衍射角,D表示粒径,(f)表示强度，(h k l)表示面指数.表2500°C煅烧得到的二氧化钛纳米线标准比色卡中锐钛矿相的比较20/()D/nm I f)(hk l)25.321 3.5146100.0(101)37.8622374215.9(004)48.062 1.891526.0(200)53.974 1.697516.0(105)55.093 1.665613.4(211)未煅烧的钛酸纳米线和400C煅烧的样品XRD图未发现二氧化钛峰，说明400C时钛酸纳米线中的结合水未完全脱除.在对未煅烧的钛酸纳米线与标准卡片进行对比，发现有NaCl对应峰，可能是由于中和之后产生的NaCl未洗涤干净，在洗涤工艺中对此做了研究，保证洗净.2.3SEM分析图3为纳米二氧化钛、未煅烧、400、500、650C煅烧的钛酸及纳米线SEM图.(d)500t锻烧纳米线(e)650t锻烧纳米线图3纳米二氧化钛和钛酸及纳米线SEM图-17-徐州工程学院学报（自然科学版）2021年第1期图3可以观察到，原料a 为颗粒状纳米二氧化钛，未煅烧的钛酸纳米线b 为宽度约为80 ~ 150 nm 、长度 约为0.8〜4 “m,并且表面均匀分散有较多杂质颗粒.400 C 煅烧的钛酸纳米线c 可以观测到宽50~200 nm 、 长0.8 ~5 “m,并有轻微弯曲，样品的头部呈现长短不一的突出，可能是由于纳米线生长不一致造成的. 500 C 煅烧得到的d 为宽50~1 20 nm,长200 nm~5 “m 的二氧化钛纳米线结构.煅烧温度升高至650 C , 部分纳米线结构发生了断裂，形成较短的纳米线e,二氧化钛纳米线大部分变为宽度为50~120 nm,长度为 200-300 nm 的长方体形状.通过观察还发现有很多细小颗粒团聚物，结合XRD 分析，在650 C 煅烧得到的 样品未发现其它物质，因此断定此物质为二氧化钛发生的团聚，形成原因可能是部分二氧化钛未完全反应在高温煅烧时发生了团聚.2.4红外光谱分析图4为400 C 煅烧后得到的钛酸纳米线的红外光谱.在3400-3500 cm 1处的峰是羟基峰，1624 cm 1处峰为羧基，样品表面的有机官能团还未完全分解，这也进一步印证了对400 C 煅烧后得到的钛酸纳米线XRD表征含有结合水的猜测为正确的.2341 cm 1处的峰为CO?为存在于样品池中的干扰所致，400 ~700 cm 1为Ti —O 的伸缩振动区域.3结论运用水热法，以纳米二氧化钛为原料，制备钛酸纳米线，并进一步高温煅烧得到二氧化钛纳米线并考察 了煅烧等因素对二氧化钛纳米线制备的影响.1）粒径为3. 5146 nm 的纳米二氧化钛制备成为宽约图4 钛酸纳米线的红外光谱80〜150 nm 、长约0. 8〜4 “m 线性结构良好且稍微弯曲的纳米线.反应所用的纳米二氧化钛大部分为锐钛矿型，有少部分金红石型.经高于500 C 煅烧后得到的二氧化钛纳米线完全变为锐钛矿，此时水分完全失去.2）钛酸纳米线含有羟基、羧基，400 C 煅烧后样品中的有机官能团未完全分解，含有较多羟基和结合水. 随着煅烧温度的升高，钛酸纳米线逐渐失去结合水并分解形成二氧化钛纳米线，650 C 时纳米线发生断裂, 团聚为较大颗粒.参考文献：[1 ] CH EN X B,MAO S S. Titanium dioxide nanomatcrials ： synthesis , properties , modifications , and applications]J ]. ChemicalReviews,2007,107(7) ：289 1-2959.[2] WAN G X D,I I Z D,SHI J,ct al. Onc-dimcnsional titanium dioxide nanomatcrials : nanowircs » nanorods »and nanobclts[J ].Chemical Reviews, 2014,114(19)： 9346-9384.[3] CHATPA1SALSAKUL W , MEKASUWANDUMRONG O , PANPRANOT J , ct al. Impact of quenching process on thesurface defect of titanium dioxide for hydrogen production from photocatalytic decomposition of water [J]. Journal of Industrial and Engineering Chemistry ,2009,15(1)： 77-8 1.[]蒋媛•基于二氧化钛/卟啉的界面光诱导电子转移研究[D]兰州：西北师范大学，2015.[]张洋.纳米二氧化钛降解空气污染物的研究[D]郑州：河南工业大学，2015.[6] BES1N1S A , DE PERALTA, T D, HANDY R D. The antibacterial effects of silver, titanium dioxide and silica dioxidenanoparticlcs compared to the dental disinfectant chlorhcxidinc on streptococcus mutans using a suite of bioassays [J ]. Nanotoxicology ,2014 ,8( 1 )： 1-1 6.[7] 刘备.二氧化钛纳米带/线的制备及其光催化性能研究[D]武汉：湖北工业大学，2016.[]李艳青，张胜寒，许佩瑶，等•叶绿素敏化二氧化钛纳米管电极光电性能及其增强机理应用化学，2017,34(11)：1314-1320.[9] 髙琼芝，周彦豪，陈福林，等.纳米技术在橡胶工业中应用的新进展JJ].合成橡胶工业，2003,26() ： 197202.[10] MU L,SPRANDO R L. Application of nanotechnology in cosmetics]」]. Pharmaceutical Research ,2010,27(8) : 1 746-1 749.-18-王晓辉，等：二氧化钛纳米线的制备及表征[11]马培.基于AAO模板法制备高度取向一维纳米材料及其场发射性能研究[D].杭州：杭州师范大学，2015.[12]耿宝.二氧化钛纳米线光催化法降解含油污水技术研究[D].北京：清华大学,2015.[13]FOLGE2R A,KALB J,SCHMIDT-ME：NDE：L,et al Tuning the electronic conductivity in hydrothcrmally grown rutileTi()2nano wires:effect of heat treatment in different environmcnts[J].Nanomatcrials,2017,7(10)：289-302.[14]JIN S,SHIN E：,HONG J.Ti()2nanowire networks prepared by titanium corrosion and their application to bendable dye-sensitized solar cclls[J].Nanomatcrials,017,7(10)：315-322.[15]PARK Y S,LE：E：J S.Morphology control of single crystalline rutile Ti()2nanowircs[J].Bullctin-Korcan Chemical Society,2011,32(10)=3571-3574.[16]YUAN Z Y,SU B L.Titanium oxide nanotubes,nanofibers and nanowircs[J].Colloids and Surfaces A:Physicochemicaland Engineering Aspects,2004,241(1/2/3)：173-183.[17]OTHMAN M A,AMAT N F,AHMAD B H,et al.Electrical conductivity characteristic of TiO?nanowircs fromhydrothermal mcthod[j].Journal of Physics:Conference Series,2014,495：1-7.[18]YIN H,DING G Q,GAO B,et al.Synthesis of ultrafine titanium dioxide nanowircs using hydrothermal method E J].Materials Research Bulletin,2012,47(11)：3124-3128.(责任编辑崔思荣) Preparation and Characterization of Titanium Dioxide Nanowires WANG Xiaohui,XU Chaofei,CHEN Yan,ZHUANG Wenchang,ZHANG Cai,ZHOU Jun (School of Materials and Chemical Engineering.Xuzhou University of Technology.Xuzhou221018,China)Abstract：TiO2(Titanium dioxide)nanowires were prepared by hydrothermal method through neutralization,washing,filtration and calcination.Nanowires were characterized by mass analysis,XRD, SEM and IR.The results show that.nano-Ti()2with a particle size of 3.5146nm can be prepared into nanowires with width of80nm to150nm and length of0.8/tm to4ym,with good linear structure and slight,bending.Nanowires calcined at400°C have more hydroxyl groups.With the increase of calcination temperature,titanate nanowires gradually lose the binding water and form TiO2nanowires.At650C,the nanowires break to form agglomerate particles.Key words：titanium dioxide；nanowires；hydrothermal method•19•。

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、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。

1.纳米TiO 2粉体制备方法物理法 气相冷凝法:预先处理为气相的样品在液氮的气氛下冷凝成核制得纳米TiO2 粉体,但该法不适于制备沸点较高的半导体氧化物高能球磨法:工艺简单,但制得的粉体形状不规则,颗粒尺寸分布宽,均匀性差化学法 固相法:依靠固体颗粒之间的混合来促进反应,不适合制备微粒液相法:就是将钛的氯化物或醇盐先水解生成氢氧化钛(或羟基氧钛) ,再经煅烧得到TiO2. 研究最广泛。

以四氯化钛为原料,其反应为TiCl4 + 4H2O → Ti (OH) 4 + 4HCl ,Ti (OH) 4 → TiO2 + 2H2O.以醇盐为原料,其反应为Ti (OR) 4 + 4 H2O → Ti (OH) 4 + 4 ROH ,Ti (OH) 4 −−−→煅烧TiO2 + 2 H2O.主要包括硫酸法、水解法、溶胶-凝胶(Sol2gel) 法、超声雾化、热解法等。

溶胶- 凝胶法就是将钛醇盐制备成二氧化钛溶胶. 为了得到多孔催化剂,通常采用煅烧等方法将凝胶进行干燥,去除溶剂,制得干凝胶. Dagan 等[25 ]采用超临界干燥法所制得的TiO2气凝胶孔隙率为85 % ,比表面积高达600 m2·g - 1 ,晶粒尺寸为5. 0 nm ;对水杨酸的光催化氧化表明该催化剂具有比Degussa P - 25 TiO2粉末更高的催化活性.气相法:其核心技术是反应气体如何成核的问题. 通过四氯化钛与氧气反应或在氢氧焰中气相水解获得纳米级TiO2 ,目前德国Degussa 公司P-25 粉末光催化剂是通过该法生产的常用的化学制备方法有溶胶-凝胶法、沉淀法、水解法、喷雾热解法、水热法和氧化- 还原法等。

10. 纳米TiO2薄膜制备方法：除了与粉体制备相同的制备方法如溶胶-凝胶法、热解法外,还有液相沉积法、化学气相沉积法、磁控溅射法等。

溶胶-凝胶法(Sol-Gel)：制备的薄膜纯度高,且制备工艺简单,易批量生产;水热合成法：通过水解钛的醇盐或氯化物前驱体得到无定形沉淀，然后在酸性或碱性溶液中胶溶得到溶胶物质，将溶胶在高压釜中进行水热Ostwald熟化。

纳米二氧化钛的制备及应用摘要：本文对制备纳米二氧化钛的多种方法进行介绍，阐述了纳米二氧化钛的电学、物理学、化学等方面的特性及应用前景。

引言：自1972年，A.Fujishima等发现受辐射的TiO2表面能发生对水的持续氧化、还原以来，纳米TiO2在降解有机物、杀菌、催化等方面的应用不断引起人们的关注和研究，其前景一片光明。

一、纳米二氧化钛的制备二氧化钛纳米材料的制备方法分为：物理法和化学法。

物理方法：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较高，缺点是产量低、设备投入大。

化学方法：制备纳米二氧化钛的化学方法较多，目前主要的几种方法包括化学气相沉积法、气相水解法、气相沉淀法、高温水解法、溶胶-凝胶法和微乳液法等。

1、化学气相沉积法：气相法的原理是将钛的无机盐（如TiCl4、TiOSO4）或有机醇盐在气相与O2发生氧化反应或与水蒸气发生水解法应或钛的醇盐发生热裂解从而得到纳米级的二氧化钛粒子主要法应如下：Ti（OR）4+2H2O→TiO+4ROH2Ti（OR）4→TiO+C n H2n+H2O2TiCl4+O2→TiO2+2Cl2用高纯氮气作为在其和惰性气体，通过TlCl4和H2O的汽化器，混合气进入反应器，产物TiO2粒子用膜过滤收集，膜孔径为0.1微米。

得到TiO2粒子为球形未经热处理前为锐泰矿型，950摄氏度热处理后变为金红石型。

TiO2粒径随反应温度升高而迅速减小，随TiCl4分压的增加而变大，随O2分压增加而减小。

2、气相水解法高纯氮气分四路进入反应器，一路进入Ti(OR)4气化器，携带Ti(OR)4蒸汽从中心喷管进入主反应器；一路通过水气化器将水蒸气带入反应器中部；另两路分别进入反应器稀释饱和气流。

反应器分为两段，一段为混合段，另一段是水解反应段。

所得TiO2为球形多空粒子，粒径偏大。

纳米二氧化钛的制备方法及形貌特征盛丽雯重庆交通大学应用化学08300221摘要：纳米二氧化钛以其优异的性能成为半导体光催化剂的杰出代表，探寻优良的二氧化钛制备工艺有着重要的现实意义。

本文主要介绍了近年来国内外纳米二氧化钛制备工艺的研究状况，根据反应体系的物理形态将制备工艺分成气相、液相、固相三大类进行阐述，在此基础上分析比较了不同制备工艺的优缺点，最后展望了今后的发展方向。

关键词：纳米二氧化钛、制备方法、形貌特征。

1 纳米二氧化钛的制备方法1．1 气相法气相水解法利用氮气、氧气或空气作载气，把TiC1 或钛醇盐蒸气和水蒸气分别导人反应器，进行瞬间混合快速水解反应。

通过改变各种气体的停留时间、浓度、流速以及反应温度等来调节纳米TiO的晶型和粒径。

该方法制得的产品纯度高、分散性好、表面活性大，操作温度较低，能耗小，且对材质纯度要求不是很高，可实现连续生产；但控制过程复杂，并且直接影响着产品的晶型和粒径。

气相氧化法是以TiC1 为原料，氧气为氧源，氮气作为载气的氧化反应，反应经气、固分离后制得纳米TiO：。

该法制得的产品纯度高、分散性好；但设备结构复杂，材料要求耐高温、耐腐蚀，自动化程度高，研究开发难度大。

气相氢氧火焰法以TiC1 ，H2，O：为原料，将TiC1 气体在氢氧焰中(700～1 000℃)高温水解制得纳米TiO。

产品一般是锐钛型和金红石型的混晶型，产品纯度高、粒径小、表面活性大、分散性好、团聚程度较小，自动化程度高；但所需温度高，对设备材质要求较高，对工艺参数控制要求精确。

气相热解法以TiC1 为原料，在真空或原料惰性气氛下加热至所需温度后，导入反应气体，使之发生热分解反应，最后在反应区沉积出纳米TiO。

产品化学活性高、分散性好，可以通过控制反应气体的浓度和炉温来控制纳米TiO的粒径分布；但投资大、成本高。

1．2 液相法溶胶一凝胶法以钛醇盐Ti(OR) 为原料，经水解与缩聚过程而逐渐凝胶化，再经低温干燥、烧结处理即可得到纳米TiO粒子。

TiO2的制备与表征方法在研究与应用中，纳米材料的制备方法也越来越多、越来越先进。

制备TiO2我们现在通常有一下几种方式：溶胶-凝胶法、气相沉积法、水热和溶剂热法、静电纺丝法等。

其中，静电纺丝法是一种相对比较简单的制备一维纳米材料的方法[5]。

而为了对制备样品的观察，我们使用Raman、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）来进行表征。

接下来我们就具体的来介绍下TiO2的制备和表征方法。

2.1静电纺丝法制备TiO22.1.1关于静电纺丝法1）静电纺丝法的原理静电纺丝法属于纤维制造工艺，在强电场的作用下，聚合物溶液或熔体进行喷射纺丝，针头处液滴会由球形变为称为“泰勒锥”的圆锥形，并延展为纤维细丝。

这是一种生产纳米级直径的聚合物细丝的方法。

而聚合物的分子量和结构、电动势大小、管屏距、喷口形状、温度、湿度等都对静电纺丝法产生影响。

图2.1 静电纺丝法实验装置2）静电纺丝法的现状和应用因其制造装置简单、成本低、可纺物质多、工艺可控等优点，静电纺丝法成为了制备纳米纤维材料的主要方法。

但是它还存在所得产品性能研究不完善、大多产品仅处于实验阶段、产业化生产问题大等问题。

其主要应用在：生物医用材料、过滤、催化、化妆品、汽车玻璃等方面。

2.1.2用于制备TiO的高压静电纺丝法2用高压静电场对高分子溶液的击穿作用来制备纳微米纤维材料的方法被称为高压静电纺丝技术。

其基本原理是把上万伏的静电场施加在喷射和接收装置之间，纺丝液的锥端就会形成射流，并在电场中被拉伸，无纺状态的纳米纤维就在接收装置上形成了。

2.1.3高压静电纺丝法的装置高压静电纺丝法的装置包括基座、高压电源、喷头和接受装置（如下图）。

图2.2高压静电纺丝法实验装置1）基座起到固定和连接作用。

2）高压电源在喷头和接收装置之间施加一个达到1~4KV的高压电场。

在我们制备TiO2的实验中我们使用的是高压直流电源。

3）喷头注射器、塑料管、金属管等都可以用来当做喷头，形成小液滴从而产生流射是其目的。

软模板法制备二氧化钛纳米晶及表征
近年来，纳米材料的制备与应用成为了研究的热点之一。

其中，二氧化钛纳米晶的制备与应用受到了广泛的关注。

本文主要介绍了一种制备二氧化钛纳米晶的方法——软模板法，并对其制备的二氧化钛纳米晶进行了表征。

首先，软模板法是指通过表面活性剂、聚合物和无机盐等化学物质的相互作用来制备纳米材料的一种方法。

在该方法中，表面活性剂和聚合物形成的胶束作为软模板对纳米晶的形成起到了重要的作用。

其次，制备二氧化钛纳米晶的主要步骤如下：首先，将表面活性剂、聚合物和无机盐混合溶解，并搅拌使其均匀混合；其次，在溶液中缓慢加入氧化钛前驱体，并继续搅拌使其充分催化反应；最后，加入脱离剂使溶液分离，并通过离心分离出纳米晶，进行干燥处理即可得到二氧化钛纳米晶。

最后，对制备的二氧化钛纳米晶进行了表征。

通过透射电镜和扫描电镜观察得到，制备得到的二氧化钛纳米晶呈球形或立方形状，并且分布均匀。

通过X射线衍射分析可以看出，制备的二氧化钛纳米晶具有较好的晶体质量，并且结晶度高。

而通过光催化降解甲醛实验发现，制备的二氧化钛纳米晶对甲醛具有较好的去除效果，研究结果表明其潜在的环境应用价值。

总之，本文介绍了一种制备二氧化钛纳米晶的方法——软模板法，并对其制备的二氧化钛纳米晶进行了表征。

该方法简便易行，制备得到的二氧化钛纳米晶结晶度高，并且具有较好的光催化降解性能，具有较高的应用潜力。

二氧化钛纳米晶自支撑连续纤维的制备、表征及其光催化
性能的开题报告
一、研究背景
随着环境污染越来越严重，光催化技术逐渐受到人们的关注。

二氧化钛是一种重要的光催化材料，具有较高的光催化活性和稳定性。

近年来，利用纳米晶将二氧化钛制备成自支撑连续纤维的研究引起了广泛的关注。

相比于传统的二氧化钛粉末，自支撑连续纤维具有较高的比表面积、可控的结构和较强的机械性能，具有更广阔的应用前景。

因此，制备二氧化钛纳米晶自支撑连续纤维的研究具有重要的意义。

二、研究内容
本研究将采用溶胶-凝胶法制备二氧化钛溶胶，利用旋转涂布法在玻璃基板上制备出氧化钛膜。

将反复获得的溶胶凝胶膜在氯化铝-尿素离子液体中浸泡后再进行柠檬酸刻蚀，得到纳米晶自支撑连续纤维。

利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、荧光分析等对材料进行表征。

利用罗丹明B作为模型污染物进行光催化降解实验，研究其光催化性能。

三、研究意义
本研究将探索一种新型的制备二氧化钛纳米晶自支撑连续纤维的方法，可以制备出具有较高比表面积的纳米晶自支撑连续纤维，有望实现较高的光催化效率。

另外，本研究也将为其他纳米晶自支撑连续纤维的制备提供借鉴意义。