纳米TiO2的制备和应用

综述　９　Ｑ：　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ　

Ｔ　ｉ　Ｏ　２纳米管的制备方法及其应用　

陈珊珊　许艳梅　王风贺　（南京师范大学动力工程学院　南京２　１　００４２）　

摘　要：本文综述了Ｔｉ０　纳米管制备的五种主要方法，水热法、模板法、阳极氧化法、微波合成法及化学处理法，并评述其应　

用方向。　关键词：ＴｉＯ。纳米管　制备　应用　中图分类号：ＴＱ１３４　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７４一ｏ９８Ｘ（２００８）１１（ｂ）－００１１－－０２　

近年来，由于纳米材料的量子效应，　

纳米ＴｉＯ　对比于块体材料，其比表面积　大、吸光范围宽、电子一空穴的复合率低、　

相应的氧化还原电势较高ｎ１，且具有耐酸　碱和光化学腐蚀、成本低、无毒、紫外线　屏蔽和光催化等作用ｌ２】。　

ＴｉＯ　纳米管是纳米ＴｉＯ，的一种新的存　

在形式，与其他形态的纳米ＴｉＯ，材料相　比，它具有更大的比表面积和更强的吸附　能力，有望进一步提高ＴｉＯ，的光电转换效　

率和光催化性能，特别是若能在该纳米管　中掺杂部分无机、有机、金属或者磁性材　

料而制备出复合纳米材料，则ＴｉＯ　纳米管　的光电性能和催化活性将得到大大的改善　

１　ＴｉＯ２￣Ｊ米管的制备方法　１．１　水热法　

水热法是利用特制的密闭反应容器，　采用水溶液作为反应介质，通过对反应容　

器加热，创造一个高温、高压反应环境，使　得通常难溶或不溶的物质溶解并且重结晶　

一定浓度的ＮａＯＨ溶液５ｏｍ１和市售的　

ＴｉＯ，粉体按一定的比例混合搅拌后，将得　到的白色悬浊液装入高压釜的聚四氟乙烯　

内衬中。将高压釜放入加热炉后，按６℃／　ｍｉｎ～８℃／ｒａｉｎ速率升温至ｌ３Ｏ℃，进行为　

期２ｄ～３ｄ的恒温水热处理。处理完毕后，　使高压釜随炉冷却到室温，将得到的白色　

沉淀物用去离子水反复洗涤至中性状态，　然后将粉体在６０￣Ｃ烘干，即可得到ＴｉＯ　纳　米管样品Ｉ　。　

１．２　模板法　

纳米TiO2的制备方法

摘 要：报告主要研究了纳米TiO2的制备方法，包括物理法、化学法和综合法。其中物理法主要是气相蒸发沉积法， 蒸发－ 凝聚法；化学法包括溶胶－ 凝胶法，沉淀法，水解法，

气相水解法等；综合法涉及到激光CVD 法， 等离子CVD 法。

关键词：气相蒸发沉积法 水解法 CVD 法

近年来，伴随着全球环境污染日益严重，纳米半导体光催化剂材料一直是材料学和光催化学研究的热点。 目前 ，比较简单的半导体光催化剂有TiO2、SnO2、Fe2O3、MoO3、WO3、PbS、ZnS、ZnO 和CdS 等 ，纳米TiO2因其具有性质稳定、抗光腐蚀性强、耐酸碱腐蚀性强、原料丰富等优点。

制备纳米TiO2粉体的方法有很多，按照所需粉体的形状、结构、尺寸、晶型、用途选用不同的制备方法。根据粉体制备原理的不同，这些方法可分为物理法、化学法和综合法。

1 物理法

物理法是最早采用的纳米材料制备方法，其方法是采用高能消耗的方式，“强制”材料“细化”得到纳米材料。物理法的优点是产品纯度高。

1． 1 气相蒸发沉积法

此法制备纳米TiO2粉体的过程为: 将金属Ti 置于钨舟中，在( 2 ～ 10) ×

102 Pa 的He 气氛下加热蒸发，从过饱和蒸汽中凝固的细小颗粒被收集到液氮冷却套管上，然后向反应室注入5 ×103 Pa 的纯氧，使颗粒迅速、完全氧化成TiO2

粉体。利用该方法制备的TiO2纳米粉体是双峰分布，粉体颗粒大小为14 nm。

1． 2 蒸发－ 凝聚法

此法是将将平均粒径为3 μm 的工业TiO2轴向注入功率为60 kW 的高频等离子炉Ar － O2混合等离子矩中，在大约10 000 K 的高温下，粗粒子TiO2汽化蒸发，进入冷凝膨胀罐中降压，急冷得到10 ～ 50 nm 的纳米TiO2。

2 化学法 化学法可以根据反应物的物态，将其划分为液相化学反应法、气相化学反应法和固相反应法。此类方法制造的纳米粉体产量大，粒子直径可控，也可得到纳米管和纳米晶须，同时，该法能方便地对粒子表面进行碳、硅和有机物包覆或修饰处理，使粒子尺寸细小且均匀，性能更加稳定。

纳米二氧化钛 (TiO2)应用：水处理、催化剂载体、紫外线吸收等

二十世纪纳米技术兴起并迅速发展，由于纳米材料的独特性质使它在科学技术领域占据重要地位。纳米二氧化钛 (TiO2)具有许多的特殊性能比如表面效应、体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等，从而使其与普通二氧化钛相比具有许多特殊性能。纳米二氧化钛在水处理、催化剂载体、紫外线吸收剂、光敏性催化剂、防晒护肤化妆品、涂料填料、光电子器件等领域具有广泛的用途。

纳米TiO的制备方法有气相法、液相法。目前，研究的一个热点是纳米TiO2 作为半导体光催化剂用于废水、废气的净化。纳米TiO2 具有湿敏、气敏功能，如它对一氧化碳极为敏感，可用在传感器上，尽管我国对纳米二氧化钛的研究起步较晚，但是科技工作者们在其制备和应用上做了大量的工作和深入的研究，并取得了许多成果。

河北麦森钛白粉有限公司生产的纳米二氧化钛(光催化)(MS-GCA01)

产品性能：

本品光催化纳米二氧化钛外观为白色疏松粉末。在可见光或紫外光的作用下具有很强的氧化还原能力，化学性能稳定，能将甲醛，甲苯，二甲苯，氨，氡，TVOC等有害有机物，污染物，臭气，细菌，病毒，微生物等有害有机物彻底分解成无害的CO2和H2O，并具有去除污染物，亲水性，自洁性等特性，性能持久，不产生二次污染。

本品适合于各种空气污染治理的光触媒喷剂，纳米抗菌涂料，污水处理(可将造纸厂，印染厂，酒精厂和化工厂等废水中的大分子有机物进行降解，使之变成CO2，H2O)纳米抗菌自洁纤维，电子材料等产品，产品比表面大，光催化效率高，分解有害气体速度快，本品吸收紫外线能力强范围广(280nm-460nm)。

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纳米TiO2在太阳能电池中的应用

姓名：周蕊

学号：201005010333

单位：西安建筑科技大学华清学院

材料科学与工程1003班

指导老师：杨春利

摘 要: 利用纳米尺度的半导体材料如TiO2、ZnO、SnO2等作为太阳能电池的光电极的研究是世界范围的研究热点，其中纳米TiO2由于光稳定、无毒成为研究光电太阳能转换电池使用最普遍的材料。目的：研究纳米TiO2在太阳能电池中的应用研究的最新进展状况,为国内太阳能电池的研发与纳米TiO2在其中的应用开发提供参考和借鉴。方法

以最新的文献为基础,进行归纳分析,研究其应用研究的新进展。结果：纳米TiO2应用于太阳能电池,主要介绍了纳米管、线、薄膜等在染料敏化太阳能电池(DSSCs)和有机光伏太阳能电池(OPV)中的应用研究的一些最新成果。这2种太阳能电池也是新型太阳能电池研究中的2 个热点研究对象,太阳能电池作为洁净环境友好的绿色可再生能源,是未来开发与应用研究的重点。结论：纳米TiO2在太阳能电池中的的应用,使太阳能电池的光电转化效率大大提高,使用寿命大为延长,但是在商业化批量生产的征途中依然有许多问题有待解决。

关键词: 纳米TiO2， 太阳能电池， 绿色能源，染料敏化，光电转化

1. 引言

关于纳米TiO2的研究动态的文献分析已经有报道[ 1] , 但是其中并未涉及具体应用例证,

仅仅就全球范围内进入21 世纪以来的研究文献( 包括专利文献和非专利文献) 进行了统计分析, 而本文是将纳米TiO2 在电池中的应用进展进行简要概述。

随着矿物燃料的枯竭和燃烧后对环境带来的负面效应( 主要是温室效应) , 使人们对环境友好型清洁能源的开发和利用越来越重视, 倡导低碳经济就是在可持续发展与环境保第 2 页 共 10页

护并重的背景之下而提出的。太阳能的利用是环境友好型清洁能源之一, 光伏电池的研发是太阳能利用的关键。纳米技术在光伏电池中的应用使其光电效率的转化大大提高, 特别是纳米材料在光伏电池中的应用, 对其飞速发展起到了有力的促进作用, 纳米TiO2 就是其中的一个典型代表。TiO2 作为一种良好的电子传导纳米型半导体, 特别是采用溶胶凝胶法制得的纳米TiO2 , 在有机太阳能电池中可以作为空穴阻挡层, 激子阻挡层,O2 和H2O 阻挡层, Al与P3HT：PCBM 之间反应阻挡层等[ 2] , 除了应用于太阳能电池, 在燃料电池以及其他蓄电池如锂离子电池等产品中也有广泛应用, 下面分别举例进行简要概述。