纳米二氧化钛的制备及其应用

实验八溶胶-凝胶法制备纳米二氧化钛实验一、实验目的1、掌握溶胶-凝胶法制备纳米粒子的原理;2、了解TiO2纳米粒子光催化机理;二、实验原理溶胶－凝胶法Sol-Gel法是指无机物或金属醇盐经过溶液、溶胶、凝胶而固化,再经热处理而成的氧化物或其它化合物固体的方法;溶胶凝胶法制备TiO2纳米粒子是通过钛酸四丁酯的水解和缩聚反应来实现的,其分步水解方程式为：TiORn+H2OTiOHORn-1+ROHTiOHORn-1+H2OTiOH2ORn-2+ROH……反应持续进行,直到生成TiOHn.缩聚反应：—Ti—OH+HO—Ti——Ti—O—Ti+H2O—Ti—OR+HO—Ti——Ti—O—Ti+ROH最后获得氧化物的结构和形态依赖于水解与缩聚反应的相对反应程度,当金属-氧桥-聚合物达到一定宏观尺寸时,形成网状结构从而溶胶失去流动性,即凝胶形成;三、原料及设备仪器1、原料：钛酸正四丁脂分析纯、无水乙醇分析纯、冰醋酸分析纯、盐酸分析纯、蒸馏水2、设备仪器：电磁搅拌器、恒温干燥箱、高温炉四、实验步骤以钛酸正丁酯TiOC4H94为前驱物,无水乙醇C2H5OH为溶剂,冰醋酸CH3COOH为螯合剂,从而控制钛酸正丁酯均匀水解,减小水解产物的团聚,得到颗粒细小且均匀的二氧化钛溶胶;1、室温下量取10mL钛酸丁酯,缓慢滴入到35mL无水乙醇中,用磁力搅拌器强力搅拌10min,混合均匀,形成黄色澄清溶液A;2、将2mL冰醋酸和10mL蒸馏水加到另35mL无水乙醇中,剧烈搅拌,得到溶液B,滴入2-3滴盐酸,调节pH值使pH=3;3、室温水浴下,在剧烈搅拌下将溶液A缓慢滴入溶液B中;4、滴加完毕后得浅黄色溶液,40℃水浴搅拌加热,约1h后得到白色凝胶倾斜烧瓶凝胶不流动;5、置于80℃下烘干,大约20h,得黄色晶体,研磨,得到淡黄色粉末;6、在600℃下热处理2h,得到二氧化钛纯白色粉体;五、思考题1、溶胶-凝胶法制备材料有哪些优点2、纳米二氧化钛粉体有哪些用途六、实验报告要求实验报告按照学校统一模板书写,包括下列内容：1、实验名称、目的和实验步骤;2、解答思考题;。

纳米二氧化钛制备方法及其优缺点嘿，朋友们！今天咱来聊聊纳米二氧化钛的制备方法及其优缺点。

这纳米二氧化钛啊，可真是个神奇的玩意儿！先说说制备方法吧。

有一种常见的方法叫溶胶-凝胶法，就好像是在变魔术一样，把各种材料混合在一起，经过一系列反应，嘿，就变出纳米二氧化钛啦！还有水热法，就像是给材料们洗了个热水澡，然后它们就变成纳米二氧化钛啦，是不是很有意思？另外还有气相沉积法，听着就很高端大气上档次吧，就像是在空中搭建起纳米二氧化钛的小房子。

每种方法都有它的特点呢！溶胶-凝胶法操作相对简单，就像做一道家常菜，大家都能试试。

水热法呢，能得到比较纯净的产物，就像是精心挑选出来的宝贝。

气相沉积法呢，能制备出高质量的纳米二氧化钛，那可真是精益求精啊！那纳米二氧化钛有啥优点呢？哎呀呀，那可多了去了。

它的光催化性能特别好，就像是一个超级清洁工，能把好多污染物都给清理掉。

而且它还很稳定，就像一个坚强的战士，不容易被打败。

它的抗菌性能也不错哦，能把那些坏细菌都赶跑，守护我们的健康。

但是，它也不是完美无缺的啦！比如说它的成本有时候会有点高，这就像是买一件特别贵的衣服，让人有点心疼钱包呢。

还有啊，在制备过程中如果不注意，可能会出现一些团聚的现象，这就好像是一群人挤在一起，不太好分开啦。

不过，咱可不能因为这些小缺点就忽视了它的大优点呀！纳米二氧化钛在环保、医疗、化工等好多领域都有着重要的应用呢。

想象一下，如果没有纳米二氧化钛，我们的生活得失去多少便利呀！所以说呀，我们要正确看待纳米二氧化钛，既要看到它的优点，好好利用它，也要注意它的缺点，想办法去克服。

让我们一起和纳米二氧化钛做好朋友，让它为我们的生活带来更多的美好吧！这就是我对纳米二氧化钛的看法，你们觉得呢？。

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。

纳米二氧化钛的制备综述
纳米二氧化钛（TiO2）是一种具有广泛应用潜力的材料，用于催化、光电子学、传感器、环境污染治理等领域。

制备纳米二氧化钛的方法有很多种，包括溶胶-凝胶法、水热合成法、溶剂热法、气相沉积法等。

下面是纳米二氧化钛制备的一些综述：
1. 溶胶-凝胶法：这是一种常见的制备纳米二氧化钛的方法。

通过将钛源和溶剂混合形成溶胶，然后通过凝胶化反应得到凝胶，最后通过热处理过程形成纳米二氧化钛。

该方法制备的纳米二氧化钛具有较高的纯度和较小的粒径。

2. 水热合成法：这是一种利用高温高压水环境合成纳米二氧化钛的方法。

通过在水溶液中加入适量的钛源和控制反应条件，可以得到形貌和粒径可调的纳米二氧化钛。

水热合成法制备的纳米二氧化钛具有较高的比表面积和晶体质量。

3. 溶剂热法：这是一种利用有机溶剂作为反应介质合成纳米二氧化钛的方法。

通过在有机溶剂中加热处理钛源溶液，可以形成纳米二氧化钛。

溶剂热法制备的纳米二氧化钛可以调控晶体形貌和粒径。

4. 气相沉积法：这是一种利用气相反应合成纳米二氧化钛的方法。

通过在适当的气氛条件下，钛源蒸汽和氧气反应生成纳米二氧化钛。

气相沉积法制备的纳米二氧化钛具有较高的纯度和较小的粒径。

纳米二氧化钛浆料的制备及应用研究纳米二氧化钛（Nano-TiO2）是一种具有良好耐候性和热稳定性的半导体材料，受到了广泛的关注和应用。

纳米二氧化钛具有低毒、高特异性、良好的光催化、电化学性质以及强氧化作用等多项优良性能，能够广泛应用于太阳能电池、物理信息学、光化学反应、生物医学等领域。

本文将从制备纳米二氧化钛浆料的方法、纳米二氧化钛的表征以及纳米二氧化钛在环境治理、电池、高分子复合材料、生物医学等方面的应用研究进展等几个方面描述纳米二氧化钛浆料的制备及应用研究。

一、纳米二氧化钛浆料的制备方法纳米二氧化钛浆料的制备方法通常包括水相法、界面法和气相法。

目前，最为常见的制备方法是水相法。

1、水相法水相法一般采用水热法或溶胶-凝胶法制备。

水热法是将氢氧化钛溶胶在高温高压的条件下，反应一段时间，形成微米到纳米级别的球状颗粒。

水热法能够制备高分散性、晶型和晶粒大小可控的纳米二氧化钛。

溶胶-凝胶法是将钛酸酯等前驱体经溶胶、凝胶、煅烧得到纳米晶粒的方法。

其中，水热法和溶胶-凝胶法的制备成本较低，应用领域较广。

2、界面法界面法除了水相法中的两种制备方法之外，还包括溶剂热法、微乳法、反应过程控制法、浆料法等。

溶剂热法是利用有机溶剂作为反应介质，将钛酸酯等前驱体加入有机溶剂中，加热后产生类似于水热法中超临界水流的条件下，形成纳米二氧化钛粉末。

微乳法是将油相和水相通过表面活性剂的作用形成微观混合体，再加入钛酸酯等前驱体，紧接着再通过加热等方法得到纳米二氧化钛的制备方法。

3、气相法气相法是利用化学气相沉积（CVD）工艺或物理气相沉积（PVD）制备纳米二氧化钛。

这种方法的优点是制备高纯度、晶型良好的纳米二氧化钛。

但同时也存在较高制备成本等缺点。

二、纳米二氧化钛的表征纳米二氧化钛的表征包括物理性质和化学性质等。

物理性质方面主要包括表面积、粒径、晶型等；化学性质方面主要包括化学组成、化学反应活性等。

1、表面积纳米二氧化钛的表面积一般通过比表面积等数据来表征纳米二氧化钛的分散性、活性等理化性质。

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。

二氧化钛纳米片的制备二氧化钛纳米片是一种具有广泛应用前景的纳米材料，其制备方法有多种，包括溶胶-凝胶法、水热法、气相沉积法等。

本文将以溶胶-凝胶法为例，介绍二氧化钛纳米片的制备方法及其应用前景。

溶胶-凝胶法是一种常用的制备纳米材料的方法，通过控制反应条件和添加适当的表面活性剂，在溶液中形成胶体颗粒，再通过热处理将胶体颗粒转化为纳米片。

以下将详细介绍溶胶-凝胶法制备二氧化钛纳米片的步骤。

将钛酸四丁酯和乙酸丁酯等有机溶剂混合，得到钛源溶液。

然后，在钛源溶液中加入适量的表面活性剂，如聚乙烯吡咯烷酮（PVP），搅拌均匀形成胶体溶液。

接着，将胶体溶液进行超声处理，以促进颗粒的均匀分散。

然后，将超声处理后的胶体溶液转移到特定的培养皿或玻璃片上，利用旋涂技术将溶液均匀涂布在基底上。

然后，将涂布的基底进行烘干，在适当的温度下，使胶体颗粒在基底上形成致密的薄膜。

接着，将烘干后的样品进行热处理，以使胶体颗粒之间的结合更加牢固。

将热处理后的样品进行表面处理，如酸洗或磨砂处理，以去除可能残留在表面的有机物或杂质。

经过这些步骤，二氧化钛纳米片的制备完成。

制备得到的二氧化钛纳米片具有许多优异的性能和应用前景。

首先，由于其特殊的形貌和纳米尺寸效应，二氧化钛纳米片具有较大的比表面积和优异的光催化性能，可用于水处理、空气净化和有机废水处理等领域。

其次，二氧化钛纳米片还具有优异的光电性能，可用于制备柔性太阳能电池和光电催化剂等。

此外，二氧化钛纳米片还具有优异的力学性能和化学稳定性，可用于制备高性能的传感器和储能器件。

溶胶-凝胶法是制备二氧化钛纳米片的一种有效方法，通过控制反应条件和添加适当的表面活性剂，可以制备出具有优异性能和应用前景的二氧化钛纳米片。

随着纳米科技的不断发展，二氧化钛纳米片将在各个领域展示出巨大的潜力和应用价值。

混凝土中添加纳米二氧化钛的应用研究及其对光催化性能的影响一、引言纳米材料因其特有的物理、化学性质，被广泛应用于多种领域中。

其中，纳米二氧化钛由于其良好的光催化性能，被广泛应用于环境污染治理、自清洁材料制备等领域。

而混凝土作为建筑领域中常用的材料，其耐久性、强度等性能的提升一直是人们关注的热点问题。

因此，将纳米二氧化钛添加到混凝土中，以期提高混凝土的光催化性能，具有重要的研究和应用价值。

二、纳米二氧化钛的光催化性能纳米二氧化钛具有很强的光催化性能。

其主要表现在以下几个方面：1. 光催化降解有机污染物纳米二氧化钛能够吸收紫外光，产生电子和空穴对，从而引发一系列的光化学反应。

实验表明，纳米二氧化钛能够催化降解大量的有机污染物，如苯酚、甲基橙等。

2. 光催化杀菌纳米二氧化钛能够通过产生活性氧物质，抑制或杀死微生物，如细菌、病毒等。

这种光催化杀菌的效果不仅高效，而且安全、环保。

3. 光催化自清洁纳米二氧化钛在阳光的作用下能够分解吸附在其表面的污染物，从而实现自我清洁。

这种自清洁效应被广泛应用于建筑材料、汽车涂层等领域。

三、混凝土中添加纳米二氧化钛的研究现状随着对纳米材料性质的深入研究，人们开始将纳米材料应用于混凝土中，以期提高混凝土的性能。

目前，混凝土中添加纳米二氧化钛的研究已经取得了一定的成果。

1. 纳米二氧化钛的添加量添加纳米二氧化钛的量是影响混凝土光催化性能的关键因素之一。

研究表明，当纳米二氧化钛的添加量为1%时，混凝土的光催化性能最佳。

2. 纳米二氧化钛的形态纳米二氧化钛的形态也会影响混凝土的光催化性能。

研究表明，球形纳米二氧化钛的光催化性能优于棒状纳米二氧化钛。

3. 光照条件光照条件对混凝土中纳米二氧化钛的光催化性能也有很大的影响。

研究表明，越强的光照条件能够激发更多的电子和空穴对，从而提高混凝土的光催化性能。

四、混凝土中添加纳米二氧化钛的制备方法混凝土中添加纳米二氧化钛的制备方法有多种，其中比较常用的方法包括溶胶凝胶法、水热法、微乳法等。