纳米二氧化钛的制备ppt课件
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化学法纳米二氧化钛
化学法纳米二氧化钛化学法制备纳米二氧化钛简介纳米二氧化钛（纳米TiO₂）是一种广泛用于光催化、太阳能电池、传感器和生物医学等领域的高性能材料。
化学法是合成纳米TiO₂的一种常用方法，其优点在于可在溶液中低温下控制粒子尺寸和形貌。
水热法水热法是一种经典的化学法，通过在高压釜中加热反应物溶液来合成纳米TiO₂。
反应体系通常包含钛源（如TiCl₄或TiOSO₄）、水和有机配体（如乙酸或柠檬酸）。
温度、压力和反应时间等条件对粒子的尺寸和形貌影响较大。
溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种溶液沉积技术，通过控制溶胶-凝胶转变来形成纳米TiO₂。
反应体系通常包含钛源、水和稳定剂（如聚乙烯醇或季铵盐）。
溶胶-凝胶转化后，通过热处理得到结晶的纳米TiO₂。
微乳剂法微乳剂法利用油包水或水包油微乳剂，通过化学反应或自组装来合成纳米TiO₂。
微乳剂中的界面可充当纳米TiO₂粒子的模板，从而控制其尺寸和形貌。
模板法模板法使用预先设计的模板来指导纳米TiO₂的生长。
模板可以是有机或无机的，其结构决定了纳米TiO₂的孔隙率和形状。
影响纳米TiO₂性质的因素钛源：不同的钛源会影响粒子的尺寸、形貌和结晶度。
有机配体：配体会与钛离子络合，影响粒子的生长和稳定性。
温度和压力：温度和压力会影响反应动力学和结晶过程。
反应时间：反应时间会影响粒子的尺寸和结晶度。
应用纳米TiO₂在以下领域具有广泛的应用：光催化：分解有机污染物、水净化和光伏发电。
太阳能电池：光阳极材料和光电转换。
传感器：电化学、光学和生物传感。
生物医学：药物载体、抗菌剂和生物成像。
总结化学法是合成纳米TiO₂的一种有效方法，可通过控制反应条件来调节其尺寸、形貌和性质。
这些定制的纳米TiO₂粒子在各种应用中具有巨大的潜力，包括光催化、太阳能电池、传感器和生物医学。
气相法制备纳米二氧化钛
纯氩气经纯化器纯化后分三路： 一路进入液态源汽化器携带TiCl4 蒸气， 经反应器侧面进料口进入反应器； 另两路氩气分别进入等离子体灯炬作为点燃 等离子体的工作气体（分别称为主气和边气) 氧气经纯化器纯化后从反应器侧面进料口 进入反应器。
(为防止TiCl4 蒸气在管道中冷凝，对TiCl4进料管 为防止TiCl 蒸气在管道中冷凝， 采用电热丝加热保温。 采用电热丝加热保温。反应器出料口用袋式过滤 器收集，尾气经碱液吸收后排放) 器收集，尾气经碱液吸收后排放)
透射电镜分析298k343k373k413k环境温度的改变对产物颗粒的形貌和晶粒的尺度分布有较大的影响改变了四氯化钛的注入摩尔量的四种工况下的氢气空气混合气体反应后的产物随着四氯化钛注入摩尔量的不断升高金红石相所占比例越来越大并且衍射峰变得越来越尖锐说明产物晶粒尺度随着ticl
气 相 法
锐钛型粒子 金红石型粒子 混合晶型粒子
随着四氯化钛注入摩尔量的不断升高，金红石相所占比 随着四氯化钛注入摩尔量的不断升高， 例越来越大，并且衍射峰变得越来越尖锐， 例越来越大，并且衍射峰变得越来越尖锐，说明产物晶粒尺 度随着TiCl4浓度升高而增大 度随着
产品表征 爆轰
通过调整初始氢气与空气混合气 通过调整初始氢气与空气混合气 初始环境温度、 体的初始环境温度、注入的前驱体 量等参数， 的量等参数，从而对爆燃合成的纳 晶粒尺度、 米二氧化钛晶粒尺度、组成与形貌 进行主动控制，实现了选择性 选择性合成 进行主动控制，实现了选择性合成 二氧化钛纳米粉体。 二氧化钛纳米粉体。
粒子
1 气相氢氧焰水解法 2 气相氧化法 3 气体燃料燃烧法 4 常压微波等离子体气相法 5 高频等离子体化学气相淀积法
生产过程： 生产过程：
将精制的氢气、空气和氯化物（ 将精制的氢气、空气和氯化物（TiCl4） 氢气 蒸气以一定的配比进入水解炉高温水解 蒸气以一定的配比进入水解炉高温水解 温度控制在1 800℃以上 以上） （温度控制在1 800℃以上） 氢氧燃烧生成的水 氢氧燃烧生成的水与TiCl4在高温下 反应生成TiO 一次颗粒， 反应生成TiO2一次颗粒，这些颗粒再相互 碰撞，经凝并、凝结或烧结后变成TiO 碰撞，经凝并、凝结或烧结后变成TiO2纳 米粒子。 米粒子。 TiCl4（g）＋ 2(g)＋O2(g)→TiO2(s)＋4HCl(g) ）＋2H ）＋ ＋ ＋
(为防止TiCl4 蒸气在管道中冷凝，对TiCl4进料管 为防止TiCl 蒸气在管道中冷凝， 采用电热丝加热保温。 采用电热丝加热保温。反应器出料口用袋式过滤 器收集，尾气经碱液吸收后排放) 器收集，尾气经碱液吸收后排放)
透射电镜分析298k343k373k413k环境温度的改变对产物颗粒的形貌和晶粒的尺度分布有较大的影响改变了四氯化钛的注入摩尔量的四种工况下的氢气空气混合气体反应后的产物随着四氯化钛注入摩尔量的不断升高金红石相所占比例越来越大并且衍射峰变得越来越尖锐说明产物晶粒尺度随着ticl
气 相 法
锐钛型粒子 金红石型粒子 混合晶型粒子
随着四氯化钛注入摩尔量的不断升高，金红石相所占比 随着四氯化钛注入摩尔量的不断升高， 例越来越大，并且衍射峰变得越来越尖锐， 例越来越大，并且衍射峰变得越来越尖锐，说明产物晶粒尺 度随着TiCl4浓度升高而增大 度随着
产品表征 爆轰
通过调整初始氢气与空气混合气 通过调整初始氢气与空气混合气 初始环境温度、 体的初始环境温度、注入的前驱体 量等参数， 的量等参数，从而对爆燃合成的纳 晶粒尺度、 米二氧化钛晶粒尺度、组成与形貌 进行主动控制，实现了选择性 选择性合成 进行主动控制，实现了选择性合成 二氧化钛纳米粉体。 二氧化钛纳米粉体。
粒子
1 气相氢氧焰水解法 2 气相氧化法 3 气体燃料燃烧法 4 常压微波等离子体气相法 5 高频等离子体化学气相淀积法
生产过程： 生产过程：
将精制的氢气、空气和氯化物（ 将精制的氢气、空气和氯化物（TiCl4） 氢气 蒸气以一定的配比进入水解炉高温水解 蒸气以一定的配比进入水解炉高温水解 温度控制在1 800℃以上 以上） （温度控制在1 800℃以上） 氢氧燃烧生成的水 氢氧燃烧生成的水与TiCl4在高温下 反应生成TiO 一次颗粒， 反应生成TiO2一次颗粒，这些颗粒再相互 碰撞，经凝并、凝结或烧结后变成TiO 碰撞，经凝并、凝结或烧结后变成TiO2纳 米粒子。 米粒子。 TiCl4（g）＋ 2(g)＋O2(g)→TiO2(s)＋4HCl(g) ）＋2H ）＋ ＋ ＋
二氧化钛的制备和形貌表征 PPT课件
由(a)选区电子衍射可知该样品是多晶结构 由(b)能谱分析可知，该样品由Ti和O组成，不含Na+
H2Ti4O9·H2O 是TiO2与水 生成的，
300 ℃以上 转变成TiO2
锐钛矿型 2θ= 25.3 °
300-500 ℃是 锐钛矿形成的
温度区域，超 过600 ℃由纳 米管转变成纳
米棒
图2.3 XRD patterns of the TNTs calcining at different temperatures and times
(thermocouple) 和加热器(heater)
控制
准备工作
初始源溶液
溶液A： 0.01mol/L的胶体 TiO2和0.001mol/L Ti(OC3H7)4 溶解在
异丙醇中
溶液B： 0.2mol/L 的胶体TiO2溶解
在蒸馏水中
形成过程
5.1喷射高温分解沉积法流程图
基底在70~1000C加热， 将溶液A喷射于基底上
图3.2 FE-SEM top-view images of porous titanium oxide films anodized in 1.5 wt% HF solution at 20 V for different times: (a) 10 s, (b) 30 s,(c) 120 s, and (d) 8 min.
图2.1 TEM images of (a) TNT-A, (b) TNT-B, (c) TNT-C, and (d) SEM
imCaomgpeanoy fLoTgoNT-C
对比发现，两步水热合成法所制备的TNTs较好
高温下， TNT沿着 径向生长
两步水热法机理
表征
H2Ti4O9·H2O 是TiO2与水 生成的，
300 ℃以上 转变成TiO2
锐钛矿型 2θ= 25.3 °
300-500 ℃是 锐钛矿形成的
温度区域，超 过600 ℃由纳 米管转变成纳
米棒
图2.3 XRD patterns of the TNTs calcining at different temperatures and times
(thermocouple) 和加热器(heater)
控制
准备工作
初始源溶液
溶液A： 0.01mol/L的胶体 TiO2和0.001mol/L Ti(OC3H7)4 溶解在
异丙醇中
溶液B： 0.2mol/L 的胶体TiO2溶解
在蒸馏水中
形成过程
5.1喷射高温分解沉积法流程图
基底在70~1000C加热， 将溶液A喷射于基底上
图3.2 FE-SEM top-view images of porous titanium oxide films anodized in 1.5 wt% HF solution at 20 V for different times: (a) 10 s, (b) 30 s,(c) 120 s, and (d) 8 min.
图2.1 TEM images of (a) TNT-A, (b) TNT-B, (c) TNT-C, and (d) SEM
imCaomgpeanoy fLoTgoNT-C
对比发现，两步水热合成法所制备的TNTs较好
高温下， TNT沿着 径向生长
两步水热法机理
表征
二氧化钛的化学合成法 ppt课件
如果将钛醇盐蒸气、水蒸气和有机表面处理剂一起导入 反应器，在钛醇盐蒸气气相水解、形成纳米 TiO2 以后，可 以对纳米 TiO2 粒子再进行有机表面处理，制备的纳米 TiO2 可用于油漆、高分子材料和催化剂等领域。缺点是原料成本 高，不能直接合成金红石型纳米TiO2。
优点
操作温度较低 能耗小 对材质要求不是很高 可以连续化生产
ppt课件
13
钛醇盐气相热解法
日本出光兴产株式会社利用钛醇盐气相热解法生产球形非晶型的纳米 TiO2，这种纳米 TiO2 可以用作吸附剂、光催化剂、催化剂载体和化妆品等。
据称，为提高分解反应速率，载气中最好含有水蒸气，分解温度以 250~350°C为合适，钛醇盐蒸气在热分解炉 的停留时间 为 0.1 ~ 10s， 其 流 速 为 10 ~ 1000m/s，体积分数为0.1%~10%;为增加所生成纳米 TiO2 的 耐候性，可向热分解炉中同时导入易挥发的金属化合物 (如铝、锆的醇盐) 蒸气，使纳米 TiO2 粉体制备和无机表面处理同时进行。
ppt课件
4
钛醇盐气相氧化法
在多孔扩散焰反应器中的氧化 TTIP形成纳米 TiO2 粒子
扩散焰反应器的结构如左图所示。
将钛醇盐蒸气导入反应器与氧气反应，由于饱和蒸气压的 原因，反应前驱体一般选用钛酸四异丙醇酯 (TTIP)。
扩散焰反应器由3根同心圆管组成，空气携带着 TTIP蒸气 由内管进入反应区，甲烷作为燃料由第2支管子导入火焰区， 氧气经最外面的管子也进入火焰区。甲烷和氧气在火焰区燃 烧产生的能量用来预热空气和 TTIP，并控制反应区的温度。
当反应温度为700°C，臭氧的摩尔分数 为1.4%时，合成的纳米 TiO2 的晶粒尺寸和原 始粒径最小，比表面积最大。
优点
操作温度较低 能耗小 对材质要求不是很高 可以连续化生产
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13
钛醇盐气相热解法
日本出光兴产株式会社利用钛醇盐气相热解法生产球形非晶型的纳米 TiO2，这种纳米 TiO2 可以用作吸附剂、光催化剂、催化剂载体和化妆品等。
据称，为提高分解反应速率，载气中最好含有水蒸气，分解温度以 250~350°C为合适，钛醇盐蒸气在热分解炉 的停留时间 为 0.1 ~ 10s， 其 流 速 为 10 ~ 1000m/s，体积分数为0.1%~10%;为增加所生成纳米 TiO2 的 耐候性，可向热分解炉中同时导入易挥发的金属化合物 (如铝、锆的醇盐) 蒸气，使纳米 TiO2 粉体制备和无机表面处理同时进行。
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4
钛醇盐气相氧化法
在多孔扩散焰反应器中的氧化 TTIP形成纳米 TiO2 粒子
扩散焰反应器的结构如左图所示。
将钛醇盐蒸气导入反应器与氧气反应，由于饱和蒸气压的 原因，反应前驱体一般选用钛酸四异丙醇酯 (TTIP)。
扩散焰反应器由3根同心圆管组成，空气携带着 TTIP蒸气 由内管进入反应区，甲烷作为燃料由第2支管子导入火焰区， 氧气经最外面的管子也进入火焰区。甲烷和氧气在火焰区燃 烧产生的能量用来预热空气和 TTIP，并控制反应区的温度。
当反应温度为700°C，臭氧的摩尔分数 为1.4%时，合成的纳米 TiO2 的晶粒尺寸和原 始粒径最小，比表面积最大。
纳米二氧化钛的制备ppt课件
纳米TiO2的制备
.
目录
制备方法分类 化学方法 物理方法
废品展现
.
纳米TiO2粉 末的制备方
法
制备方法分类
纳米TiO2粉末的制备方法
化学方法
固相法 气相法 液相法
TiCl4氢氧火焰水解法 TiCl4气相氧化法 钛醇盐气相水解法 钛醇盐气相分解法
物理方法
气相冷凝法 粉碎法〔球磨法〕
低压气体蒸发法 溅射法
.
化学方法
3、钛醇盐气相水解法 该工艺最早是由美国麻省理工学院开发胜利 的, 可以用来消费单分散的球形纳米 TiO2, 化学反 应式是: n(TiOR)4( g) +4nH2O(g) nTi(OH)4(s)+4nROH(g) nTi(OH) 4( s) nTiO2 H2O(s)+nH2O(g) nTiO2 • H2O(s) nTiO2(s)+nH2O(g)
.
化学方法
.
化学方法
2 、TiCl4气相氧化法 该方法用的原料是TiCl4和O2, 化学反响式为: TiCl4(g)+O2(g)=TiO2(s)+C12(g) 利用N2携带 TiCl4蒸气, 预热到435C 后经套管喷嘴的内管 进入高温管式反响器, O2预热到 870C 后经套管喷嘴的外 管也进入反响器, TiCl4和O2900C ~ 1400C 下反响, 生成 的纳米TiO2微粒经粒子捕集系统, 实现气固分别。
.
化学方法
化学气相堆积 化学气相堆积法〔CVD〕：两种或两种以上的气态原资料 导入到一个反响室内，他们之间发生化学反响，构成一 种新的资料，堆积到晶片外表上。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，吸收屏蔽紫外线才干强。该过程易于放大， 实现延续化消费，但一次性投资大，同时需求处理粉体
.
目录
制备方法分类 化学方法 物理方法
废品展现
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纳米TiO2粉 末的制备方
法
制备方法分类
纳米TiO2粉末的制备方法
化学方法
固相法 气相法 液相法
TiCl4氢氧火焰水解法 TiCl4气相氧化法 钛醇盐气相水解法 钛醇盐气相分解法
物理方法
气相冷凝法 粉碎法〔球磨法〕
低压气体蒸发法 溅射法
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化学方法
3、钛醇盐气相水解法 该工艺最早是由美国麻省理工学院开发胜利 的, 可以用来消费单分散的球形纳米 TiO2, 化学反 应式是: n(TiOR)4( g) +4nH2O(g) nTi(OH)4(s)+4nROH(g) nTi(OH) 4( s) nTiO2 H2O(s)+nH2O(g) nTiO2 • H2O(s) nTiO2(s)+nH2O(g)
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化学方法
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化学方法
2 、TiCl4气相氧化法 该方法用的原料是TiCl4和O2, 化学反响式为: TiCl4(g)+O2(g)=TiO2(s)+C12(g) 利用N2携带 TiCl4蒸气, 预热到435C 后经套管喷嘴的内管 进入高温管式反响器, O2预热到 870C 后经套管喷嘴的外 管也进入反响器, TiCl4和O2900C ~ 1400C 下反响, 生成 的纳米TiO2微粒经粒子捕集系统, 实现气固分别。
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化学方法
化学气相堆积 化学气相堆积法〔CVD〕：两种或两种以上的气态原资料 导入到一个反响室内，他们之间发生化学反响，构成一 种新的资料，堆积到晶片外表上。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，吸收屏蔽紫外线才干强。该过程易于放大， 实现延续化消费，但一次性投资大，同时需求处理粉体
纳米TiO2
添加了具有光催化活性的纳米TiO2的环保涂料，已应用于环境空气净 化，并扩展到室内的卫生保健，应用领域正在不断扩大。
精选完整ppt课件
19
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。
精选完整ppt课件
15
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
精选完整ppt课件
14
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％。
精选完整ppt课件
7
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。
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19
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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15
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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14
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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7
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。
纳米二氧化钛光催化材料PPT课件
另一方面，在TiO2表面，Ti3+通过吸附分子氧，也形成 了捕获光生电子的部位
捕获导带电子生成Ti3+
⑥
Ti
HO Ti
⑦
e-
① ②
h+
④
Ox-
Red+ →→→CO2,Cl,H+,H2O
③
⑤
Red
TiO2光催化反应基本原理及主要基元反应步骤
第20页/共82页
➢光催化反应类型
反应物被光激发后，在催化剂作用下引起的催化反应：
A + hv A* + K
A* (AK)*
B+ K
由激发的催化剂K*所引起的催化反应
4.掺杂可以形成晶格缺陷，有利于形成更多的Ti3+氧化中心
第31页/共82页
氮掺杂的二氧化钛带隙结构
第32页/共82页
表面光敏化 光敏化的作用机理
一
S*
hv
S
CB
A
S
CB A
VB 一
敏化剂激发后电子转移 CB
A
S
VB 催化剂再生
VB 电子转移给受体
第33页/共82页
表面还原处理
一方面，随着TiO2表面Ti3+位的增多，TiO2的费米能级 升高，界面势垒增大，减少了电子在表面的积累及与 空穴的进一步复合
导带
Ec Ed
导带
Ec
Ev
价带
N型半导体的能级
第4页/共82页
Ea Ev
价带
P型半导体的能级
P型半导体中电子转移示意图
file:///C:\Documents%20and%20Settings\Adm inistrator\桌面\03_02_07_1.swf桌面 \03_02_07_1.swf
捕获导带电子生成Ti3+
⑥
Ti
HO Ti
⑦
e-
① ②
h+
④
Ox-
Red+ →→→CO2,Cl,H+,H2O
③
⑤
Red
TiO2光催化反应基本原理及主要基元反应步骤
第20页/共82页
➢光催化反应类型
反应物被光激发后，在催化剂作用下引起的催化反应：
A + hv A* + K
A* (AK)*
B+ K
由激发的催化剂K*所引起的催化反应
4.掺杂可以形成晶格缺陷，有利于形成更多的Ti3+氧化中心
第31页/共82页
氮掺杂的二氧化钛带隙结构
第32页/共82页
表面光敏化 光敏化的作用机理
一
S*
hv
S
CB
A
S
CB A
VB 一
敏化剂激发后电子转移 CB
A
S
VB 催化剂再生
VB 电子转移给受体
第33页/共82页
表面还原处理
一方面，随着TiO2表面Ti3+位的增多，TiO2的费米能级 升高，界面势垒增大，减少了电子在表面的积累及与 空穴的进一步复合
导带
Ec Ed
导带
Ec
Ev
价带
N型半导体的能级
第4页/共82页
Ea Ev
价带
P型半导体的能级
P型半导体中电子转移示意图
file:///C:\Documents%20and%20Settings\Adm inistrator\桌面\03_02_07_1.swf桌面 \03_02_07_1.swf
纳米二氧化钛涂料ppt课件
末 对各种波长光的吸 收带有宽化和蓝移 现象的特点。
这一性能可以也应 用到防紫外线化妆 品(UV )
新型汽车TiO2涂料应用
纳米TiO2粒子添加 在轿车用金属闪光 面漆中,能使涂层产 生丰富而神秘的色 彩效果。纳米粒子 除提高轿车漆装饰 效果外,由于其具有 吸收紫外线的效应, 可明显提高轿车漆 的耐候性。
纳米二氧化钛用于造纸填料
纳米二氧化钛作为纸张填料，主要用 在高级纸张和薄型纸张中，用纳米TiO2作 填料的纸张更均匀、平整，吸油值高。此 外将纳米TiO2添加到化学纤维中，可以制 成耐光的亚光高白纸，以及色彩鲜艳的有 色纸，并且可以达到抗紫外线的效果。
纳
纳米二氧化钛涂料的简介
米
二
氧
化
纳米二氧化钛涂料的性能
谢谢大家！
1、降解室内外空气的有害有机物。 2、处理石油污。 3、降解农药。 4、抗菌作用。
纳米二氧化钛作为太阳能电池光 电极材料
由于太阳能电池的良好的应用价值。使 其研究越来越受到科研人员的重视。纳米 TiO2半导体用于太阳能电极材料的优势在 于其具有较大的禁带宽度和稳定的耐光腐 蚀性。
研究人员通过各种方式例如半导体复 合掺杂、过渡金属离子掺杂、非金属离子 掺杂、导电高聚物掺杂以及贵金属沉积掺 杂等方式，扩展其对可见光的吸收范围， 提高光电转换效率，使纳米TiO2太阳能得 到广泛开发和应用。
用于抗菌型陶瓷品， 该产品在光照射下 能完全杀死表面细 菌；其在微弱光下 亦有抗菌性能。
纳米二氧化钛涂料在玻璃的应用
具有自洁、易清洗、抗菌、除臭、防污、防雾 等功能
纳米二氧化钛涂料油墨的应用
无毒无害，与涂料、油漆、油墨原料有极好的相 容性。
造纸工业中，能提高易打印性和不渗透性。
这一性能可以也应 用到防紫外线化妆 品(UV )
新型汽车TiO2涂料应用
纳米TiO2粒子添加 在轿车用金属闪光 面漆中,能使涂层产 生丰富而神秘的色 彩效果。纳米粒子 除提高轿车漆装饰 效果外,由于其具有 吸收紫外线的效应, 可明显提高轿车漆 的耐候性。
纳米二氧化钛用于造纸填料
纳米二氧化钛作为纸张填料，主要用 在高级纸张和薄型纸张中，用纳米TiO2作 填料的纸张更均匀、平整，吸油值高。此 外将纳米TiO2添加到化学纤维中，可以制 成耐光的亚光高白纸，以及色彩鲜艳的有 色纸，并且可以达到抗紫外线的效果。
纳
纳米二氧化钛涂料的简介
米
二
氧
化
纳米二氧化钛涂料的性能
谢谢大家！
1、降解室内外空气的有害有机物。 2、处理石油污。 3、降解农药。 4、抗菌作用。
纳米二氧化钛作为太阳能电池光 电极材料
由于太阳能电池的良好的应用价值。使 其研究越来越受到科研人员的重视。纳米 TiO2半导体用于太阳能电极材料的优势在 于其具有较大的禁带宽度和稳定的耐光腐 蚀性。
研究人员通过各种方式例如半导体复 合掺杂、过渡金属离子掺杂、非金属离子 掺杂、导电高聚物掺杂以及贵金属沉积掺 杂等方式，扩展其对可见光的吸收范围， 提高光电转换效率，使纳米TiO2太阳能得 到广泛开发和应用。
用于抗菌型陶瓷品， 该产品在光照射下 能完全杀死表面细 菌；其在微弱光下 亦有抗菌性能。
纳米二氧化钛涂料在玻璃的应用
具有自洁、易清洗、抗菌、除臭、防污、防雾 等功能
纳米二氧化钛涂料油墨的应用
无毒无害，与涂料、油漆、油墨原料有极好的相 容性。
造纸工业中，能提高易打印性和不渗透性。
气相法制备纳米二氧化钛PPT22页
不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
气相法制备纳米二氧化钛
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。
气相法制备纳米二氧化钛
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。
半导体光催化基础-第四章-纳米二氧化钛PPT课件
第四章 纳米半导体与 纳米二氧化钛
4.1 纳米材料的基本概念
▪ 所谓纳米材料，是指晶粒尺度介于原子簇 和通常所说的尺度大于亚微米粒子之间的 超细材料，其晶粒尺寸一般为1~100nm。
▪ 在这个尺度范围内，电子波函数的相关长 度与体系的特征尺寸相当，或者说，固体 颗粒的尺度与第一激子的德布洛依半径相 当，电子的波动性在电子输运过程中得到 充分的展现。
易团聚Biblioteka 纳米TiO2的气相制备方法
▪ 气相法的主要优点是：纯度高，分散性好，粒度分 布窄，后处理简单。其缺点是气相反应需要将物料 气化，能耗较高，对反应器的形式、材质及进出料 方式均有很高的要求，技术难度较大。
▪ Degussa P25 TiO2的制备：在高于1200℃的高温 火焰中，在H2、O2参与下将TiCl4水解而制得，所 得产品再用过热蒸汽处理以除去表面的HCl。
4.2.4 热载流子效应
▪ 在粉末体系光催化反应中，当入射光子能量 hυ＞Eg时，多余能量△E= hυ—Eg往往以 热能形式耗散在晶格中，但当半导体微粒进 入纳米尺度时，光生载流子的转移路径很短， 颗粒中原子数目也很少。因此，碰撞几率大 大减少，热损失可显著降低并以热动能形式 提高电荷转移速度，相应地提高了能量转换 效率。这种大于带隙的激发能被利用的过程 称为热载流子注入或热载流子效应。
▪ 其次，随着纳晶粒子粒粒径的减小，比表面则 急剧增高，如粒径为10nm时，比表面为90m2/g， 粒径为5 nm时，比表面增至180 m2/g，粒径再 下降到2 nm时，比表面猛增至450 m2/g，这种 巨大的表面积亦为光催化的反应的进行提供了 有利条件。
4.2.3 超微粒的体效应
▪ 纳米颗粒体积小，所含的原子数目少，它的粒 径小于大块材料的空间电荷层的厚度，或者说 常规半导体材料界面的能带弯曲已退化至接近 平带状态。
4.1 纳米材料的基本概念
▪ 所谓纳米材料，是指晶粒尺度介于原子簇 和通常所说的尺度大于亚微米粒子之间的 超细材料，其晶粒尺寸一般为1~100nm。
▪ 在这个尺度范围内，电子波函数的相关长 度与体系的特征尺寸相当，或者说，固体 颗粒的尺度与第一激子的德布洛依半径相 当，电子的波动性在电子输运过程中得到 充分的展现。
易团聚Biblioteka 纳米TiO2的气相制备方法
▪ 气相法的主要优点是：纯度高，分散性好，粒度分 布窄，后处理简单。其缺点是气相反应需要将物料 气化，能耗较高，对反应器的形式、材质及进出料 方式均有很高的要求，技术难度较大。
▪ Degussa P25 TiO2的制备：在高于1200℃的高温 火焰中，在H2、O2参与下将TiCl4水解而制得，所 得产品再用过热蒸汽处理以除去表面的HCl。
4.2.4 热载流子效应
▪ 在粉末体系光催化反应中，当入射光子能量 hυ＞Eg时，多余能量△E= hυ—Eg往往以 热能形式耗散在晶格中，但当半导体微粒进 入纳米尺度时，光生载流子的转移路径很短， 颗粒中原子数目也很少。因此，碰撞几率大 大减少，热损失可显著降低并以热动能形式 提高电荷转移速度，相应地提高了能量转换 效率。这种大于带隙的激发能被利用的过程 称为热载流子注入或热载流子效应。
▪ 其次，随着纳晶粒子粒粒径的减小，比表面则 急剧增高，如粒径为10nm时，比表面为90m2/g， 粒径为5 nm时，比表面增至180 m2/g，粒径再 下降到2 nm时，比表面猛增至450 m2/g，这种 巨大的表面积亦为光催化的反应的进行提供了 有利条件。
4.2.3 超微粒的体效应
▪ 纳米颗粒体积小，所含的原子数目少，它的粒 径小于大块材料的空间电荷层的厚度，或者说 常规半导体材料界面的能带弯曲已退化至接近 平带状态。
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（2）溶胶凝胶法
钛醇盐、催化剂（酸或乙酰丙酮等配合剂）、少量水的醇溶液中水解，生
成透明凝胶。
（3）沉淀反应
钛盐的水溶液加碱调pH，生成沉淀
2
纳米二氧化钛的制备
（1）溶胶凝胶法 体积比：钛酸丁酯/水/醋酸/乙醇=10/2/1/50，十天左右变为凝胶 （2）TiCl4 水解 5mlTiCl4 溶于200ml冰水，溶液转入渗透膜中，约3天变为凝胶
O
O
O
O
RO Ti O Ti O Ti O Ti O Ti
O
O
Ti OR
Ti
OR
alcogel
hydrogel
TTi i
OOHH OOHH
++
HHOO TTi i
HHOO
TTi i OOHH ++ HHOOTTi i
OO
TTi i TTi i OO
++ 22HH2O2O
TTi i OO TTi i ++ HH2O2O
膜扩散水解TiCl4制备涂料用纳米TiO2
陈云华
1
纳米材料的制备方法
气相法：蒸发冷凝（物理变化）、气相沉积（化学变化） 液相法：溶胶凝胶法、沉淀法、胶溶法、微乳液法（形成特点）
超临界干燥法、冷冻干燥法、溶剂替换法、水热法（后处理）
（1）气相法
纳米TiO2 的制备
TiCl4 和水的高温气相反应（P25）
HHOO HHOO
TTi i
HHOO TTi i OO TTi i OOHH
OO TTi i
OO OO
OO TTi i
OO OO
OO TTi i
OO OO
TTi i
OO OO
OOTTi i
Байду номын сангаас
OOHH
TTi i OO TTi i
OOHH OOHH
5
水解沉淀置换干燥
干燥后沉淀700℃ 煅烧5h
6
正 丁 醇 共 沸 干 燥
分析：该法制得醇凝胶聚合物结构不同于前述水凝胶，聚合物中
有大量未水解的乙氧基和丁氧基，而羟基较少。凝胶结构束缚了聚 合物分子运动，羟基间相碰缩合重整机会小。干凝胶呈非晶。增加 羟基或加快聚合物分子运动应可使聚合物晶化。
11
正丁醇共沸干燥防硬团聚机理
（1）表面张力降低，附加压力减小；
HO
（2） nR-OH + HO
推断：凝胶聚合物中的羟基缩合导致结构重整而晶化。
9
晶粒大小 比表面积（m2/g ）
干燥 5-8nm 245.5
500℃煅烧5h 10-20nm 92.2
700℃煅烧5h 40-50nm 34.4
对比：P25纳米TiO2 粒径20nm，比表面积50 m2/g
10
由钛酸丁酯制得的醇凝胶处理后的XRD及TEM
alcogel
hydrogel 3
水凝胶的变化
4
4H2O
OC 4H9 + H9C4O Ti OC4H9
OC 4H9
OH HO Ti OH + 4C4H9OH
OH
OR
Ti OR HO Ti
OH
O
O
Ti O Ti O Ti O Ti O Ti
OR O
O
O
O
Ti O Ti O Ti O Ti O Ti OH
Calcinated xerogel at 700℃ for 3h
Calcinated xerogel at 500℃ for 3h Supercritical drying with ethanol
refluxed gel in n-heptane xerogel
10 20 30 40 50 60 70 80 90 2θ
HO
OH OH
OH
OH OH
HO RO
HO
OR OH
OR + nH2O
OH OR
100 90 80
2980
1380
1640
1050
透光度 /%
70 3420
60
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
波数 /cm -1
12
13
500℃ 烧5h
700℃ 烧5h
7
直接红外干燥
煅烧后粉末
8
900℃
700℃
500℃ azeotropic drying azeotropic distillation
hydrogel
10
20
30
40
50
60
70
80
90
2θ
现象：水凝胶含锐钛矿晶体结晶成分，但颗粒太小晶型不完整。
受热、脱水使结晶度提高。正丁醇的溶解作用使晶体非晶化。
钛醇盐、催化剂（酸或乙酰丙酮等配合剂）、少量水的醇溶液中水解，生
成透明凝胶。
（3）沉淀反应
钛盐的水溶液加碱调pH，生成沉淀
2
纳米二氧化钛的制备
（1）溶胶凝胶法 体积比：钛酸丁酯/水/醋酸/乙醇=10/2/1/50，十天左右变为凝胶 （2）TiCl4 水解 5mlTiCl4 溶于200ml冰水，溶液转入渗透膜中，约3天变为凝胶
O
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RO Ti O Ti O Ti O Ti O Ti
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++ 22HH2O2O
TTi i OO TTi i ++ HH2O2O
膜扩散水解TiCl4制备涂料用纳米TiO2
陈云华
1
纳米材料的制备方法
气相法：蒸发冷凝（物理变化）、气相沉积（化学变化） 液相法：溶胶凝胶法、沉淀法、胶溶法、微乳液法（形成特点）
超临界干燥法、冷冻干燥法、溶剂替换法、水热法（后处理）
（1）气相法
纳米TiO2 的制备
TiCl4 和水的高温气相反应（P25）
HHOO HHOO
TTi i
HHOO TTi i OO TTi i OOHH
OO TTi i
OO OO
OO TTi i
OO OO
OO TTi i
OO OO
TTi i
OO OO
OOTTi i
Байду номын сангаас
OOHH
TTi i OO TTi i
OOHH OOHH
5
水解沉淀置换干燥
干燥后沉淀700℃ 煅烧5h
6
正 丁 醇 共 沸 干 燥
分析：该法制得醇凝胶聚合物结构不同于前述水凝胶，聚合物中
有大量未水解的乙氧基和丁氧基，而羟基较少。凝胶结构束缚了聚 合物分子运动，羟基间相碰缩合重整机会小。干凝胶呈非晶。增加 羟基或加快聚合物分子运动应可使聚合物晶化。
11
正丁醇共沸干燥防硬团聚机理
（1）表面张力降低，附加压力减小；
HO
（2） nR-OH + HO
推断：凝胶聚合物中的羟基缩合导致结构重整而晶化。
9
晶粒大小 比表面积（m2/g ）
干燥 5-8nm 245.5
500℃煅烧5h 10-20nm 92.2
700℃煅烧5h 40-50nm 34.4
对比：P25纳米TiO2 粒径20nm，比表面积50 m2/g
10
由钛酸丁酯制得的醇凝胶处理后的XRD及TEM
alcogel
hydrogel 3
水凝胶的变化
4
4H2O
OC 4H9 + H9C4O Ti OC4H9
OC 4H9
OH HO Ti OH + 4C4H9OH
OH
OR
Ti OR HO Ti
OH
O
O
Ti O Ti O Ti O Ti O Ti
OR O
O
O
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Ti O Ti O Ti O Ti O Ti OH
Calcinated xerogel at 700℃ for 3h
Calcinated xerogel at 500℃ for 3h Supercritical drying with ethanol
refluxed gel in n-heptane xerogel
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HO
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OH
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500℃ 烧5h
700℃ 烧5h
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直接红外干燥
煅烧后粉末
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现象：水凝胶含锐钛矿晶体结晶成分，但颗粒太小晶型不完整。
受热、脱水使结晶度提高。正丁醇的溶解作用使晶体非晶化。