水热法合成TiO2纳米粉体材料

2005 年 2 月 Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities Feb. 2005 文章编号: 1003-9015(2005)01-0129-05水热法制备纳米TiO2及其等电点的研究丘永　, 陈洪龄, 汪效祖, 徐南平樑(南京工业大学化学化工学院, 江苏省材料化学工程重点实验室, 江苏南京 210009)摘要：研究了在200℃，6小时水热过程中不同pH条件对合成纳米二氧化钛粉体等电点的影响。

以偏钛酸为原料，用NaOH和HCl调节酸碱度，在不同pH条件下水热合成了二氧化钛微粒，其平均粒径均在15~40nm。

对不同pH条件下制得的二氧化钛微粒进行了Zeta电位、XRD和TEM表征。

微粒晶型为锐钛型。

对微粒的等电点进行分析，不同的pH水热反应条件影响到合成粉体吸附的表面羟基数量，从而影响到微粒的等电点。

在pH1,3,5,11,13水热条件下制得的微粒等电点为5.5，在pH 7，9水热条件下制得的微粒等电点为4.5 。

反应物料在酸性水热条件下反应后酸性增强，在碱性水热条件下反应后碱性增强。

关键词：偏钛酸；水热合成；等电点；纳米二氧化钛；锐钛型中图分类号：TQ134.11；O614.411 文献标识码：APreparation of Nanometer Titanium Dioxide Powders by Hydrothermal Method andtheir Isoelectric PointsQIU Yong-liang, CHEN Hong-ling, WANG Xiao-zu, XU Nan-ping (Key Laboratory of Material-Oriented Chemical Engineering of Jiangsu Province, College of Chemistry and Chemical Engineering, Nanjing University of Technology, Nanjing 210009, China)Abstract：Through the hydrothermal process at 200℃for 6h and using the metatitanic acid as reactant, the nanometer titanium dioxide powder were synthesized under different pH values adjusted by NaOH or HCl solution. The synthesized powders were characterized by Zeta potential, XRD and TEM. The TEM photographs show that the crystal structures are all anatase. The influence of pH on the isoelectric points of the synthesized titanium dioxide powders was studied and it shows that the pH conditions could influence the quantity of surface hydroxyl absorbed by the synthesized powders, thus influence the isoelectric points. Isoelectric points of the powders prepared in hydrothermal process with pH 1，3，5，11，13 are 5.5. and those in hydrothermal process with pH 7，9 are 4.5. When the hydrothermal reaction is processed in the acid solution then the acidness of the reactant will be increased, and when the reaction is processed in the alkaline solution, then the increase will be the alkelity of the reactant.Key words： metatitanic acid; hydrothermal method; isoelectric point; nanometer titanium dioxide;anatase1引言纳米二氧化钛有许多优越的性能，包括极强的屏蔽紫外线能力和优异的透明性，可应用于汽车工业、防晒化妆品、及文物保护等诸多方面。

材料近代分析测试方法专业：无机非金属材料工程指导老师：学号：姓名：日期：2013年1月3日目录1水热合成分等级球状TiO2纳米结构 (1)2物相鉴定 (1)2.1分析方法 (1)2.2基本原理 (1)3外观形貌鉴定 (3)3.1分析方法 (3)3.2基本原理 (4)3.3鉴定分析 (4)4表面缺陷分析 (4)4.1分析方法 (5)4.2基本原理 (5)4.3鉴定分析 (6)5粒径分析 (6)5.1分析方法 (6)5.2基本原理 (6)1水热合成分等级球状TiO2纳米结构水热法(Hydrothermal Synthesis)，是指在特制的密闭反应器（高压釜）中，采用水溶液作为反应体系，通过对反应体系加热、加压(或自生蒸气压），创造一个相对高温、高压的反应环境，使得通常难溶或不溶的物质溶解，并且重结晶而进行无机合成与材料处理的一种有效方法。

合成过程如下：6.4ml TiCl3水溶液溶于80ml去离子水，持续搅拌下，加入1.6gPAM以及1.4g尿素，将混合物搅拌10min，之后封入容积为100ml带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜，180℃下保温24h，反应釜冷却后，沉淀离心分离，水洗，80℃干燥24h，550℃培烧4h得到最终产物。

2物相鉴定2.1分析方法X射线物相分析2.2基本原理一、物相定性分析任何一种结晶物质都具有特定的晶体结构，在一定波长的X射线照射下，每种晶体物质都给出自己特有的衍射花样。

每一种晶体物质和它的衍射花样都是一一对应的。

多相试样的衍射花样是由它和所含物质的衍射花样机械叠加而成。

由试样测得的d-I数据组与已知结构物质的标准d-I数据组（PDF(Powder Diffraction Files)卡片）进行对比，以鉴定出试样中存在的物相。

二、物相定量分析某物相的衍射线强度Ij 与该物相在样品中的含量Xj 成正比。

这是X 射线物相定量分析的基本公式式中：B是常数（只与入射光强度、所用X射线波长、衍射仪圆的半径及受照射的的试样体积有关）。

tio2纳米材料的制备与表征制备和表征二氧化钛（TiO2）纳米材料是一项重要的科学任务，由于其广泛的应用领域，包括光催化、太阳能电池、光电器件、光致发光、药物载体和生物成像等。

下面将介绍一种常用的制备和表征TiO2纳米材料的方法。

制备目前，制备TiO2纳米材料的主要方法包括化学气相沉积（CVD）、溶胶-凝胶法、水热法、微波等离子体化学方法等。

这里我们以水热法为例。

水热法是一种在高温高压条件下，利用水作为溶剂，使原料在其中发生化学反应并形成结晶的方法。

制备TiO2纳米材料的水热法通常包括以下步骤：1.将一定量的钛酸丁酯（Ti(OC4H9)4）和适量的硝酸（HNO3）溶液混合，搅拌均匀。

2.将上述混合液转移到高压反应釜中，密封后置于烘箱中加热至指定温度（通常为150-250℃）。

3.在该温度下保持一定时间（例如1-10小时），使钛酸丁酯和硝酸发生水热反应，生成二氧化钛（TiO2）纳米颗粒。

4.待反应结束后，将反应釜自然冷却至室温，取出产物。

5.用去离子水冲洗产物，去除可能存在的杂质。

6.最后，将产物进行干燥，得到TiO2纳米材料。

表征为了确认制备得到的物质是否为TiO2纳米材料，以及其结构和形貌等性质，我们通常会使用一系列表征方法。

1.X射线衍射（XRD）：XRD可以用于确定材料的晶体结构和相组成。

通过对比标准PDF卡片，可以确认制备得到的物质是否为TiO2纳米材料。

2.扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）：SEM和TEM可以用于观察材料的形貌和尺寸。

通过这些方法，我们可以了解到制备得到的TiO2纳米材料的形状、大小以及分布情况。

3.光电子能谱（XPS）：XPS可以用于分析材料的化学组成和化学状态。

通过这种方法，我们可以确认制备得到的物质是否含有Ti、O元素，并得到它们的比例。

4.紫外-可见光谱（UV-Vis）：UV-Vis可以用于研究材料的电子结构和光学性质。

通过这种方法，我们可以得到制备得到的TiO2纳米材料的吸收边和带隙等信息。

水热法合成二氧化钛及研究进展摘要：水热法合成了不同晶型、形貌、大小和研定形貌的二氧化钛。

究了pH值、水热反应温度和水热反应时间对纳米二氧化钛晶型、形貌和晶粒尺寸的影响，对TiO2晶形影响光催化活性的原因进行了探讨。

同时从二氧化钛水解制氢、废水处理、空气净化、抗菌、除臭方面介绍了纳米二氧化钛在环境治理方面的应用和发展趋势，并对纳米二氧化钛的制备方法与应用作出展望。

关键词：二氧化钛；晶型；水热法；光催化；制备；应用纳米二氧化钛(TiO2)具有比表面积大、磁性强、光吸收性好、表面活性大、热导性好、分散性好等性能。

纳米TiO2是一种重要的无机功能材料, 可应用于随角异色涂料、屏蔽紫外线、光电转换、光催化等领域，在光催化领域环境治理方面具有举足轻重的地位，可应用在环保中的各个领域，它在环境污染治理中将日益受到人们的重视，具有广阔的应用前景，因此制备高光催化性能的纳米TiO2，拓展纳米二氧化钛的应用也是学者研究的重点。

水热法合成纳米TiO2粉体具有晶粒发育完整、粒径分布均匀、不需作高温煅烧处理、颗粒团聚程度较轻的特点。

1.TiO2的制备方法、材料的性能1.1不同晶型纳米二氧化钛的水热合成1.1.1实验方法边搅拌边将2mol·L- 1的四氯化钛水溶液缓慢滴加到115mol·L- 1的氢氧化钠水溶液中，保持30℃反应，生成纳米TiO2前驱体，反应终点的pH值分别控制为1.1、3.1、5.1、8.1、11.1、12.1。

把纳米TiO2前驱体装入内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中进行水热反应，120℃～200℃反应1h～48h，反应结束后，冷却至室温，产物经过滤和蒸馏水洗至滤液中无Cl-，在100℃下鼓风干燥10h，粉碎后得到不同结构的纳米TiO2 粉体。

选择不同的特征峰(金红石型选110面、锐钛矿型选101面，板钛矿型选121面)，根据特征衍射峰的半高宽，利用Scherrer 公式展宽法估算出其晶粒尺寸。

水热沉淀法制备TiO2纳米粉体的研究黄 晖 罗宏杰 杨 明(西北轻工业学院材料工程系,咸阳 712081)刘 江(咸阳陶瓷研究设计院,咸阳 712081)摘 要 以T i(SO4)2水溶液为前驱物,尿素为沉淀剂,采用水热沉淀法制备TiO2纳米粉体。

利用XRD、TEM、DTA等分析测试手段对所得TiO2粉体的晶相组成、晶体形貌等性质进行了研究,讨论了晶粒尺寸与前驱物摩尔比、反应温度、保温时间之间的关系。

结果表明,前驱物摩尔比为1 2~1 4,在140~ 200 保温2~6h的水热条件下,可制得粒径为十几纳米的锐钛矿型TiO2晶体。

实验得出,随着前驱物摩尔比减少、反应温度升高、保温时间延长,晶体粒径增大。

关键词 二氧化钛 水热沉淀法 纳米粉体1 引言TiO2粉体具有湿敏、光催化等功能,可应用于传感器[1]、光分解水和光降解有机物[2]以及太阳能电池[3]等领域。

TiO2纳米粉体的制备方法主要有以TiCl4为主要原料的化学气相沉积(C VD)法[4,5]、钛醇盐水解法[6,7]、以钛酸丁酯为原料的溶胶 凝胶法(So-l Gel)[8,9]、以钛的有机金属挥发性化合物为原料的激光热解法[10,11]等。

气相沉积法对设备要求很高,产量低;钛醇盐水解法、溶胶 凝胶法及激光热解法需用大量有机试剂,生产成本很高,得到的TiO2粒子在制备初期为无定形,还需一定温度的晶化热处理。

水热法制备TiO2粉体在高温高压下一次完成,无需后期的晶化处理,所制得的粉体粒度分布窄,团聚程度低,成分纯净,而且制备过程污染小。

用水热法制备TiO2粉体的研究较多,汪国忠等人以TiCl4水解胶液为前驱物,采用水热法制得了锐钛矿相结构的TiO2粉末[12];陈代荣等以偏钛酸为前驱物水热合成TiO2微粉[13,14];李燕等人以钛酸丁酯的水 乙醇混合液为前驱物,用水热晶化法制备了TiO2纳米粉体[15]等。

水热法制备TiO2纳米粉体多采用钛的有机化合物或难以制得的中间产物作为前驱物,成本较高,制备工艺也较复杂。

水热法制备纳米二氧化钛一、实验目的1、了解水热法制备纳米二氧化钛的原理、方法和操作2、掌握根据实验原理选择实验装置的一般方法。

选择理由：优势：直接制备结晶良好且纯度高的粉体，需作高温灼烧处理，避免形成粉体硬团聚，粒径分布均匀。

缺点：反应时间长、杂质离子难以除去、纯度不高。

二、实验原理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均具有光催化活性，尤以锐钛矿型光催化活性最佳，两种晶型结构如图1.1所示。

OTi图1 二氧化钛的晶体结构二氧化钛的用途极为广泛,目前已经用于化工、环保、医药卫生、电子工业等领域。

纳米二氧化钛具有良好的紫外线吸收能力,且具有很好的光催化作用,因而可以用做织物的抗紫外和抗菌的整理剂。

纳米二氧化钛制备原理如下:Ti(OC4H9)4+2H2O TiO2+4C4H9OH可分为两个独立的反应，即：Ti(OC4H9)4+xH2O Ti(OC4H9)4-x OH x+xC4H9OHTi(OC4H9)4-x OH x+Ti(OC4H9)4(OC4H9)4-x TiO x Ti(OC4H9)4-x+xC4H9OHa = 4.593Åc = 2.959ÅEg=3.1eVρ= 4.250 g/cm30212.6fG∆=-a = 3.784 Åc = 9.515ÅEg=3.3eVρ= 3.894 g/cm30211.4/fG kcal mol∆=-当x=4时水解完全,反应为可逆反应,因此在反应过程中保持足够量的水保证醇盐水解完全。

三、主要仪器与药品1．仪器磁力加热反应器，水热反应釜（60ml），250ml烧杯，100ml量筒，电子分析天平, pH试纸。

2．试剂钛酸丁酯(化学纯); 二乙醇胺、十二胺(化学纯); 氨水(稀释至30％)、无水乙醇（分析纯），去离子水。

四、操作步骤在盛有0.5g表面活性剂十二胺的烧杯中加入20ml二次蒸馏水, 在磁力搅拌下使之充分溶解(可以适当加热), 然后加入氨水调节pH值至10。

一种水热制备光催化TiO2的方法及光催化TiO2随着环境污染问题日益严重，光催化技术作为一种新型的污染治理技术受到了越来越多的关注。

TiO2作为一种重要的光催化材料，在环境治理中具有广阔的应用前景。

本文将介绍一种水热制备光催化TiO2的方法，并探讨其光催化性能及应用前景。

一、水热法制备TiO2材料的原理水热法是指在高温高压水溶液中溶解一定物质，然后在相应的温度、压力下析出晶体。

以水合氯化钛为原料，在水热条件下进行反应可以得到纳米级的TiO2材料。

该方法具有工艺简单、操作方便、反应过程中产生的副产物少等优点。

二、水热法制备TiO2材料的步骤1.溶液制备：将一定量的水合氯化钛溶解在水溶液中，并加入适量的碱溶液用于调节溶液的pH值。

2.水热反应：将上述溶液置于高温高压水环境中进行水热反应，控制反应时间和温度。

3.固-液分离：将反应得到的沉淀固-液分离，沉淀经过洗涤和干燥得到TiO2材料。

三、水热法制备TiO2材料的光催化性能通过SEM、XRD、UV-vis等测试手段对水热法制备的TiO2材料进行性能测试，结果表明，该材料具有较高的比表面积和结晶性，吸收范围广，能够吸收紫外光并产生光生电子-空穴对。

该材料在光催化分解有机废水、光催化降解有机污染物等方面展现出良好的活性。

四、水热法制备TiO2材料的应用前景水热法制备的TiO2材料具有制备工艺简单、成本低廉等优点，同时在光催化领域具有较高的活性，因此在废水处理、大气治理、光催化杀菌等方面具有广阔的应用前景。

另外，通过掺杂、复合等方法进一步改性可使其光催化性能得到提高，拓展其应用领域。

水热法制备的TiO2材料具有良好的光催化性能及广阔的应用前景，为环境治理提供了新的技术途径。

未来，我们可以进一步加强对水热制备方法的研究，提高TiO2材料的光催化性能，推动其在环境治理中的应用。

水热法制备TiO2材料已经被证明具有良好的光催化性能和广泛的应用前景。

然而，随着社会的发展和环境污染问题的日益严重，对于光催化TiO2材料的研究也在不断深入。

2 光催化剂TiO2材料的制备
制备TiO2 光催化剂的主要方法有溶胶-凝胶法、化学共沉淀胶溶法、水热法、刷涂法和喷雾法等。

下面只举例水热法制备TiO2。

2.1 水热法介绍
水热法是在高压釜反应环境中，采用水为反应介质，使难溶或不溶的物质溶解，反应还可进行重结晶。

水热技术有两个特点:一是其相对低的温度，二是在封闭容器中进行而避免了组分挥发。

水热条件下粉体材料的制备方法有水热结晶法、水热合成法、水热分解法、水热脱水法、水热氧化法、水热还原法等。

与一般湿化学法相比较，水热法可直接得到分散且结晶良好的粉体，不需作高温灼烧处理，避免了可能形成的粉体硬团聚。

水热过程中通过实验条件的把握，控制纳米颗粒的晶体结构、结晶形态与晶粒纯度。

2.2 TiO2 的制备过程示例
在一定量的Ti(SO4)2 固体中加入蒸馏水形成溶液后慢慢加入一定量的添加剂，配制0.15 mol/L 的Ti(SO4)2 溶液，溶液静置后倒入100 ml 不锈钢（内杯为聚四氟乙烯）的洁净高压釜中，溶液的体积不超过高压釜体积的75%，拧紧高压釜盖，置入烘箱，加热升温至90 ℃恒温反应一定时间，反应完毕后切断电源使烘箱自然降温，冷却至室温后产物经清洗后，自然干燥待用。