纳米二氧化钛结构与光催化性能关系

纳米TiO2材料的制备及其光催化性能研究随着经济的发展，人们生活水平的提高，人们逐渐意识到可持续发展的重要。

环境问题已严重影响现代文明的发展，有机污染物具有持久性的特点而长期威胁人类健康，开发和设计仅利用太阳能即可完成对有机污染物降解的新材料将会是解决环境问题的有效方法之一。

纳米TiO2作为一种光催化材料，具有优异的物理和化学性质，因而被广泛应用和重点研究。

本文就纳米TiO2材料的制备及其光催化性能展开探讨。

标签：纳米TiO2;光催化;制备方法;光催化效能引言半导体光催化技术是解决环境污染与能源短缺等问题的有效途径之一。

以二氧化钛为代表的光催化剂在染料敏化太阳能电池、锂离子电池、光伏器件以及光催化领域表现出明显的使用优势.但是TiO2本身的弱可见光吸收、低电导率、高载流子复合速率限制了其在工业生产中的进一步使用。

科技工作者一般通过掺杂、半导体复合、燃料敏化、表界面性质改性等方法提高TiO2的光电化学性能，使其能在生产实践中广泛应用。

1、TiO2材料简介TiO2在自然界中的主要存在形态为金红石、锐钛矿和板钛矿三种晶型，其中金红石是TiO2的高温相，锐钛矿和板钛矿两种形态是TiO2的低温相。

在三种晶型中光催化活性最好的为锐钛矿型TiO2。

锐钛矿型TiO2的禁带宽度为3.2eV 与之对应的激发波长为387nm。

所以，TiO2作为光催化剂在紫外光条件下具有催化活性，在可见光下一般没有活性。

只有对它的结构进行改性，使它的禁带宽度得以缩小，才可以实现材料在可见光条件下的催化降解反应。

改性的方式目前主要有以下几种方法：通过改变晶体内部结构来改变催化剂禁带宽度的离子掺杂方法，通过形成异质结改变能带结构的半导体复合法，提高催化剂对光的吸收能力的表面光敏化法，增大催化剂比表面积使晶粒细化的负载载体法等。

光催化材料中电子e一和空穴h十的浓度会影响有机物的降解速度。

粒径的减小能够使表面原子增加，使光催化剂吸收光的效率显著提高，使其表面e一和h十的浓度增大，从而提高光催化剂的催化活性。

光催化纳米二氧化钛与光照的关系光催化纳米二氧化钛与光照的关系光催化纳米二氧化钛是一种应用广泛的光催化材料，其性质与光照密切相关。

光照可以提供能量激发纳米二氧化钛中的电子和空穴，从而促进催化反应的进行。

本文将从纳米二氧化钛的结构和性质入手，探讨光照对其催化效果的影响。

我们来了解一下纳米二氧化钛的基本特性。

纳米二氧化钛是一种具有高度结晶性的半导体材料，具有优良的光催化性能。

其晶体结构为四方晶系，晶格中的氧原子围绕着钛原子排列形成三维网状结构。

而纳米二氧化钛的晶粒尺寸通常在1-100纳米之间，具有较大的比表面积和较高的光吸收率。

这使得纳米二氧化钛能够有效地吸收光能并产生电子空穴对。

在光照条件下，纳米二氧化钛表面被吸收的光子能量可以激发其原子或分子中的电子从价带跃迁到导带，形成电子空穴对。

这些电子和空穴对具有高度的活性，可以参与催化反应。

光照可以提供足够的能量，使得纳米二氧化钛中的电子和空穴得以激发，从而促进光催化反应的进行。

光照还可以改变纳米二氧化钛的表面状态，进一步影响其催化性能。

光照下，纳米二氧化钛表面的电荷状态和氧含量会发生变化，从而改变其表面活性位点的密度和分布。

这些表面活性位点可以吸附反应物分子，提供催化反应所需的活化能。

因此，光照可以调控纳米二氧化钛的表面性质，从而影响其催化效果。

光照条件下的纳米二氧化钛还可以发生光生电化学反应。

在光照条件下，纳米二氧化钛表面吸附的水分子可以被光激发产生电子和空穴。

这些电子和空穴可以在纳米二氧化钛表面发生氧化还原反应，从而促进水的分解或有机物的降解。

光生电化学反应是光催化过程中的一个重要环节，光照的强度和波长对其效果有着重要影响。

需要注意的是，光照强度和波长对光催化纳米二氧化钛的影响是复杂的。

过强的光照会导致电子和空穴的复合速率增加，从而降低光催化反应的效率。

而不同波长的光照对纳米二氧化钛的激发效果也有差异，不同催化反应所需的光照条件也不尽相同。

因此，合理选择光照条件对于光催化纳米二氧化钛的催化效果至关重要。

纳米二氧化钛光催化原理
纳米二氧化钛光催化是一种通过利用纳米二氧化钛作为催化剂，利用光照下光生电荷的特性来促进光化学反应的过程。

纳米二氧化钛催化的原理主要涉及到两个关键步骤：光吸收和电子传输。

首先是光吸收过程。

纳米二氧化钛具有广阔的能带结构，光能可以在其表面被吸收。

当光能与纳米二氧化钛相互作用时，电子将被激发至较高的能级，并产生电荷分离。

其次是电子传输过程。

激发后的电荷（电子空穴对）会被分离并迁移到纳米二氧化钛的表面。

电子通常会迁移到导电带上，而空穴则会迁移到价带上。

这种电子与空穴分离产生的电荷极化会使纳米二氧化钛具有催化活性。

纳米二氧化钛表面的催化活性可用于促进光化学反应。

光照下，纳米二氧化钛表面的电荷分离状态会引发一系列反应，例如光解水、光催化氧化有机物等。

电子和空穴分别参与氧化还原反应，从而促进了催化反应的进行。

总的来说，纳米二氧化钛光催化利用了纳米二氧化钛催化剂的特殊性质，通过光生电荷的产生和传输，促进了光化学反应的发生。

这种技术在环境净化、能源转换和有机合成等领域有着广泛的应用前景。

二氧化钛纳米管在光催化的介绍和特点中的应用二氧化钛纳米管在光催化的应用，哎呀，这可真是一个有趣的主题！二氧化钛，咱们就叫它TiO2吧，大家都比较熟悉。

这东西在我们生活中其实很常见，比如说白色颜料、太阳能电池等。

而这些纳米管，可谓是小小的奇迹，表面上看起来不起眼，实际上却有着不一般的能力。

想象一下，微小的TiO2纳米管在阳光照射下，活像一位超级英雄，瞬间变得强大无比，开始处理那些污染物，真是让人感到惊叹。

光催化，听起来好像高大上，其实就是利用光的能量来推动化学反应。

TiO2在这个过程中可是个主力军，阳光一来，它就开始发挥自己的光辉作用。

这个过程就像是一场精彩的表演，TiO2把太阳光变成了能量，随后开始分解空气中的有害物质，嘿，真是环保小能手！想象一下，如果我们的城市都用上这种材料，空气质量可得多好多啊，简直就是让人忍不住想要为它打call！TiO2纳米管的特点也很吸引人，首先是它的表面积大，能和更多的污染物接触。

就像一个大网，能捕捉到那些小小的坏分子。

这玩意儿不仅稳定，耐高温，甚至可以在酸碱环境中保持自己的“酷”。

不管是雨打风吹，它都能安然无恙，继续工作，这点真是让人佩服得五体投地。

更有趣的是，TiO2的光催化过程是自发的，换句话说，太阳一照，它就自动工作，不需要我们再去添油加醋。

这种省心省力的特性，真是让人觉得，哎，这科技真是给力。

想想我们在家里用的那些清洁剂、消毒剂，很多时候都是化学反应的结果。

而TiO2的光催化，简直就像是给环境“洗澡”，不仅干净，还不怕伤害生态，真的是环保的小帮手。

TiO2纳米管的应用可不止于此。

在水处理方面，它也大显身手。

比如说，利用它来处理污水，污染物一碰到TiO2，咻的一声，就被分解得干干净净。

水清了，鱼也快乐了，整个生态系统都得到了保护。

想象一下，能喝到这么干净的水，生活的质量一下子就上去了，真是美滋滋。

说到这里，大家可能会问，TiO2有没有什么缺点呢？当然也有，毕竟没有完美的东西。

改性纳米二氧化钛的光催化性能研究一、本文概述随着全球环境问题的日益严峻，光催化技术以其独特的优势在环境保护和能源转换领域受到了广泛关注。

作为光催化领域的重要研究对象，纳米二氧化钛（TiO₂）因其优良的光催化性能、稳定性以及低廉的成本，被广泛应用于太阳能光解水制氢、空气净化、污水处理等领域。

然而，传统的纳米二氧化钛存在光生电子-空穴对复合速率快、可见光响应范围窄等问题，限制了其在实际应用中的性能。

因此，对纳米二氧化钛进行改性，提高其光催化性能，具有重要的研究意义和应用价值。

本文旨在研究改性纳米二氧化钛的光催化性能，通过对其改性方法的探索，以期提高其在可见光下的光催化活性，拓宽其应用范围。

文章将介绍纳米二氧化钛的基本性质、光催化原理以及改性方法的研究进展。

将详细阐述本文所采用的改性方法，包括掺杂、负载贵金属、构建异质结等，以及改性后的纳米二氧化钛的表征手段。

通过对比实验，分析改性前后纳米二氧化钛在光催化性能上的差异，探讨改性方法对光催化性能的影响机制。

通过本文的研究，期望能为纳米二氧化钛的光催化性能改性提供新的思路和方法，推动其在环境保护和能源转换领域的应用发展。

也希望为相关领域的研究人员提供有益的参考和借鉴。

二、改性纳米二氧化钛的制备方法改性纳米二氧化钛的制备方法众多，各有其独特的优势和应用场景。

以下是几种常见的改性纳米二氧化钛制备方法：溶胶-凝胶法：溶胶-凝胶法是一种通过无机物或金属醇盐的水解和缩聚反应制备纳米材料的方法。

在这种方法中，通过控制水解和缩聚的条件，可以得到均匀稳定的溶胶，进一步通过热处理，溶胶转化为凝胶，最终得到改性纳米二氧化钛。

水热法：水热法是一种在高温高压下进行化学反应的方法。

通过将反应物置于特制的高压反应釜中，加热至一定温度，使反应物在水热条件下进行反应，从而制备出改性纳米二氧化钛。

微乳液法：微乳液法是利用两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成微乳液，然后在微乳液中进行化学反应的方法。

第 页（共 页）课 程 ___________ 实验日期：年 月曰专业班号 _____ 别 ______________ 交报告日期： 年 月 日姓名__学号报告退发：（订正、重做）同组者 _____________ 次仁塔吉 __________ 教师审批签字：实验名称 _________________ 纳米二氧化钛粉的制备及其光催化活性的测试、实验目的1. 了解制备纳米材料的常用方法，测定晶体结构的方法。

2. 了解XRD 方法，了解X-射线衍射仪的使用，高温电炉的使用3. 了解光催化剂的（一种）评价方法、实验原理1.纳米TiO 2的制备① 纳米材料的定义：纳米材料指的是组成相或者晶相在任意一维度上尺寸小于 100nm 的材料。

纳米材料由于其组成粒子尺寸小， 有效表面积大，从而呈现出小尺寸效应， 表面与界面效应等。

② 纳米TiO 2的制备方法：溶胶凝胶法，水热法，火焰淬火掺杂法，阳极氧化法，电泳沉积 再阳极氧化法，高温雾化法，溅射法，光沉积法，共沉淀法。

本实验采取最基本的，利用金属醇盐水解的方法制备纳米 TiO 2，主要利用金属有机醇盐能溶于有机溶剂，且可以水解产生氢氧化物或氧化物沉淀。

该方法的优点：①粉体的纯度高，②可制备化学计量的复合金属氧化物粉末。

西安交通大学化学实验报告③制备原理：利用钛酸四丁酯的水解，反应方程如下Ti OC4H9 4 4出0 =Ti OH 4 4C4H9OHTi OH 4 Ti OC4H9 4=TiO2 4C4H9OHTi OH 4 Ti OH 4=TiO2 4H2O2. TiO 2的结构及表征我们通过实验得到的TiO 2是无定形的，二氧化钛通常有如下图上所示的三种晶状结构:A:板钛矿B:锐钛矿C:金红石无定形的TiO2在经过一定温度的热处理后，会向锐钛矿型转变，温度更高会变成金红石型。

我们可以通过X-射线衍射仪测定其晶体结构。

纳米TiO 2的景行对其催化活性影响较大，由于锐钛矿型TiO 2晶格中含有较多的缺陷和缺位，能产生较多的氧空位来捕获电子，所以具有较高的活性；而具有最稳定晶型结构的金红石型TiO2，晶化态较好，所以几乎没有光催化活性。

纳米二氧化钛的光催化性及其应用研究进展作者：刁润丽来源：《佛山陶瓷》2021年第06期关键词：纳米二氧化鈦;光催化性;应用;进展1前言纳米材料是一类超细材料，粒径在0.1nm—100nm结构范围内，具有表面效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应等一些特殊性能[1，2]。

纳米二氧化钛是目前使用的最为广泛的新型无机纳米材料之一，又被称为纳米钛白粉。

纳米二氧化钛价格低廉，资源丰富[3]。

纳米二氧化钛有很多优异的物理、化学性质及光电等性能，如光催化性、屏蔽紫外线功能及颜色效应等，高的热导性、磁性，良好的透明性，优异的抗菌性，是新型光催化无极功能材料，且纳米二氧化钛在使用期间不会有自身损耗情况出现，因此应用非常广泛。

随着技术的发展，其应用领域还会进一步拓展。

2纳米二氧化钛的光催化机理TiO2半导体催化剂是建立在光化学和光物理基础上的，半导体由空的高能导带和低能价带两者构成，中间区域是禁带。

照射到表面的光能（A<400nm）等于或大于Ti02带隙（通常金红石3.0eV，锐钛矿3.2eV）的能量时，瞬间内可激发孤电子到Ti02导带，电子一空穴对形成。

由于光子、吸附物质和催化剂三者之间作用形式的不同，致使电荷向不同的方向转移，由此将催化反应分为催化光反应和敏化光反应，催化光反应中电荷的转移方向是由吸附物质到催化剂，敏化光反应中电荷的转移方向与此相反。

3纳米二氧化钛光催化性能的应用3.1空气净化随着社会经济的发展，大气污染不断加剧以及家用电器的过度使用，环境污染问题也越来越严重。

因此，如何净化空气、优化环境引起人们的高度重视，而TiO2光催化降解技术能有效解决这些问题，光催化技术是在常温、常压条件下，利用大气中的氧气，将其作为氧化剂，以便使空气得到净化的一种常用的空气净化方法。

此外，我们还应遏制住有害气体的主要来源，通过改善源头也能有效使空气质量得到改善，而关于这个来源主要有两个方面：室内空气污染和大气污染，大气污染主要是来自工业处理时所排放的废气、氮氧化物等，而我们可利用纳米TiO2进行氧化反应合成硝酸，从而在降雨的过程中被去除，有效降低污染;室内的有害气体主要来自于室内装潢、生活排污所产生的如甲醛、氨气等。

《二氧化钛光催化材料的结构调控及性能增强》一、引言随着环境污染和能源短缺问题的日益严重，光催化技术因其高效、环保的特点，受到了广泛关注。

作为光催化领域的重要材料，二氧化钛（TiO2）具有化学稳定性好、无毒、成本低等优点，被广泛应用于太阳能电池、污水处理、空气净化等领域。

然而，其在实际应用中仍存在一些限制，如光响应范围窄、光生电子-空穴复合率高、表面反应活性低等。

因此，对二氧化钛光催化材料的结构调控及性能增强研究具有重要意义。

本文将重点探讨二氧化钛光催化材料的结构调控方法及其对性能的增强效果。

二、二氧化钛光催化材料的结构调控（一）晶体结构调控晶体结构是影响二氧化钛光催化性能的重要因素。

通过改变晶体结构，可以调整其能带结构、光吸收范围和电子传输性能。

目前，常见的二氧化钛晶体结构包括锐钛矿、金红石和板钛矿等。

其中，锐钛矿型二氧化钛具有较高的光催化活性。

通过控制合成条件，如温度、压力、时间等，可以实现不同晶体结构的调控。

（二）表面结构调控表面结构对二氧化钛光催化性能的影响也不可忽视。

通过表面修饰、掺杂、贵金属沉积等方法，可以改变二氧化钛表面的化学性质和电子结构，从而提高其光催化性能。

例如，表面修饰可以引入缺陷态，扩大光响应范围；掺杂可以改变能带结构，提高光生载流子的分离效率；贵金属沉积可以形成肖特基势垒，促进光生电子的转移。

（三）形貌与尺寸调控形貌和尺寸对二氧化钛光催化性能也有重要影响。

通过控制合成方法，可以制备出不同形貌和尺寸的二氧化钛材料。

例如，纳米级的二氧化钛具有较高的比表面积和反应活性；而具有特殊形貌的二氧化钛（如纳米片、纳米球等）则有利于光生载流子的传输和分离。

因此，形貌与尺寸调控是提高二氧化钛光催化性能的重要手段。

三、性能增强方法及效果（一）元素掺杂元素掺杂是提高二氧化钛光催化性能的有效方法。

通过引入杂质元素，可以改变其能带结构、扩大光响应范围和提高光生载流子的分离效率。

常见的掺杂元素包括氮、硫、铁等。

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。

纳米二氧化钛光催化应用纳米二氧化钛是近年来发展起来的一种新型高性能材料，其粒子尺寸在1～100nm，表面能和表面张力随粒径的下降急剧增大而使其具有块状材料所不具备的量子尺寸效应、体积效应、表面效应和宏观隧道效应。

与常规材料相比，纳米二氧化钛具有比表面积大、磁性强、光吸收性好、表面活性大、热导性好、分散性好等独特的性能，同时还具有光化学性质稳定、催化效率高、氧化能力强、无毒、价格便宜等优点，在化妆品、塑料、涂料、精细陶瓷、催化剂及环保领域应用广泛。

无机抗菌剂纳米二氧化钛是一种N型半导体，受到波长小于387.5nm 的紫外光的照射时，价带上的电子跃迁到导带，激发电离出电子同时产生正电性的空穴，产生电子–空穴对(e--h+)，并与其表面吸附的O2 和OH- 作用生成超氧化物阴离子自由基O2-和羟基自由基·OH，新生成的这两种自由基非常活泼，当遇到细菌时直接攻击细菌的细胞壁、细胞膜或细胞内的组成成分，对绿脓杆菌、大肠杆菌、金黄葡萄球菌、沙门氏菌、牙枝菌和曲菌及癌细胞等有很强的杀灭能力。

以·OH为例，·OH有很强的氧化能力，它攻击有机物的不饱和键或抽取其氢原子，反应产生的新自由基将会激发链式反应，致使细菌蛋白质的多肽链断裂和糖类解聚，杀死细菌并使之分解。

美国得克萨斯大学研究人员将大肠杆菌和纳米二氧化钛混合液在大于380nm 的光线下照射，发现大肠杆菌以一级反应动力方程被迅速杀死。

东森公司研制的纳米二氧化钛对23 种有害细菌具有明显的杀菌、抑菌效果。

日本已经开发出了用纳米二氧化钛被覆的抗菌陶瓷品，其制造工艺是先将纳米二氧化钛加水制成浆料，涂在陶瓷砖表面，经高温锻烧即得到1cm厚具有杀菌性能的纳米二氧化钛薄膜产品。

该产品在光照射下能完全杀死表面细菌；若要使其在微弱光下亦有抗菌性能，可在纳米二氧化钛浆料中添加银、铜离子化合物。

添加约1%纳米二氧化钛的抗菌塑料，可广泛应用于食品包装、电器、家具、餐具、公共设施等，以防止病菌的繁殖和交叉感染。

纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能的研究一、纳米二氧化钛的可控制备方法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。

其原理是将金属有机化合物或金属无机盐溶解在适当的溶剂中，形成溶胶。

随后，通过加入适量的催化剂或掺杂剂，将溶胶凝胶化成胶体颗粒，最终形成纳米二氧化钛材料。

该方法制备的纳米二氧化钛颗粒尺寸均匀，形貌好，适用于大面积薄膜的制备。

2. 水热法3. 气相沉积法气相沉积法是利用金属有机化合物或金属无机盐在高温条件下分解成金属原子或金属离子，再在衬底表面沉积成膜的一种方法。

通过控制气相反应的物理条件，如温度、压强、流速等参数，可以实现对纳米二氧化钛薄膜的可控制备。

该方法制备的纳米二氧化钛薄膜薄，适用于光电器件的制备。

以上介绍了几种常用的纳米二氧化钛制备方法，各有优劣。

在实际应用中，可根据具体要求选择合适的制备方法，以实现对纳米二氧化钛材料的可控制备。

二、纳米二氧化钛的光催化性能研究纳米二氧化钛具有优良的光催化性能，主要是由于其带隙能宽（3.2eV）和能带结构的特殊性质所致。

在紫外光照射下，纳米二氧化钛表面产生电子-空穴对，在存在氧分子的情况下，电子和空穴可分别参与氧分子的还原和氧分子的氧化反应，从而实现对有机废水中有机物的降解，达到净化水质的目的。

由于纳米二氧化钛具有良好的稳定性和可再生性，因此在环境治理方面具有巨大潜力。

针对纳米二氧化钛的光催化性能研究，研究者们主要通过调控纳米二氧化钛的晶型、晶粒大小、表面形貌等因素，以提高其光催化活性。

通过掺杂其他金属离子或非金属元素，可以调控纳米二氧化钛的带隙能宽，提高其可见光吸收率，从而提高光催化活性；通过合成纳米二氧化钛的不同形貌，如纳米棒、纳米粒等，可以增加其光催化活性表面积，改善光催化反应速率。

以上研究为纳米二氧化钛的光催化性能提供了理论和实验基础，为纳米二氧化钛的实际环境治理应用奠定了基础。

除了光催化性能外，纳米二氧化钛还具有良好的光电性能，因此在光电器件领域也备受关注。

1 绪论二氧化钛，化学式为TiO2，俗称钛白粉，多用于光触媒、化妆品，能靠紫外线消毒及杀菌，现正广泛开发，将来有机会成为新工业。

二氧化钛可由金红石用酸分解提取，或由四氯化钛分解得到。

二氧化钛性质稳定，大量用作油漆中的白色颜料，它具有良好的遮盖能力，和铅白相似，但不像铅白会变黑[1]；它又具有锌白一样的持久性。

二氧化钛还用作搪瓷的消光剂，可以产生一种很光亮的、硬而耐酸的搪瓷釉罩面。

在过去的研究中，用半导体粉末对水、油和空气中的有毒有机化合物进行光催化降解和完全矿化引起了人们的大量关注。

由于抗光腐蚀性，化学稳定性，成本低，无毒和强氧化性，二氧化钛被作为应用最广泛的光催化剂来光降解水和空气中的有毒化合物。

但是二氧化钛具有较大的带隙（锐钛矿相二氧化钛为3.20ev）因此，只有较小一段太阳光区域，大约为2%~3%紫外光区可被应用[2]。

人们尝试用各种制备方法，如贵金属掺杂、氧化物复合、表面修饰等等方法，防止和减少电子与空穴的复合，提高催化剂的光催化活性。

众所周知，吸附和催化的效率与固体的孔径及表面积有关，因此，对二氧化钛进行修饰、改性及增大比表面积是提高光量子效率和增大反应速率的一个有效的方法与途径。

1.1 TiO2的结构与基本性质1.1.1物理常数及结构特征1.1.2 TiO2的结构特征在自然界中，TiO2存在三种晶型结构，即金红石、锐钛矿和板钛矿。

这些结构的区别取决于TiO68-八面体的连接方式，图1-1是TiO68-八面体的两种连接方式，锐钛矿结构是由TiO68-八面体共边组成，而金红石和板钛矿结构则是由TiO68-八面体共顶点且共边组成。

锐钛矿TiO2中的每个八面体与周围8个八面体相连，金红石TiO2中每个八面体与周围10个八面体相连。

事实上锐钛矿可以看做是一种四面体结构，而金红石和板钛矿则是晶格稍有畸变的八面体结构[3]。

简单地认为锐钛矿比金红石活性高是不严谨的，它们的活性受其晶化过程的一些因素影响。

纳米二氧化钛光催化纳米二氧化钛是指粒径在1到100纳米之间的二氧化钛颗粒，它具有较高的比表面积和光吸收性能，在光催化领域具有很大的应用潜力。

纳米二氧化钛光催化技术是一种利用光能驱动催化反应的技术，可以应用于环境污染治理、能源转换、催化合成等领域。

二氧化钛的光催化作用是基于其能带结构和带隙的特性，当纳米二氧化钛受到光照时，其价带电子可以被激发到导带，形成带间电子空穴对。

这些电子空穴对具有较强的氧化还原能力，能够与环境中的有机物、无机杂质等发生反应，从而达到降解、分解、去除有害物质的目的。

1.高效性：纳米二氧化钛具有较高的比表面积和光吸收性能，使其能够有效地利用光能驱动催化反应，降解有害物质。

2.选择性：纳米二氧化钛光催化技术可以根据有机物的结构和性质来选择合适的光源，从而提高反应的选择性和效率。

3.可控性：纳米二氧化钛光催化反应可以通过调节光源强度、反应温度等因素来控制反应速率和反应产物的生成。

4.环保性：纳米二氧化钛光催化技术不需要添加任何化学试剂，不会产生二次污染，具有较好的环保性能。

纳米二氧化钛光催化技术已经得到了广泛应用，例如：1.环境污染治理：纳米二氧化钛光催化技术可以用于水和空气的污染治理，例如处理废水、净化空气中的有害气体等。

2.能源转换：纳米二氧化钛光催化技术可以用于光解水制氢、太阳能电池等领域。

3.催化合成：纳米二氧化钛光催化技术可以用于有机合成反应中，例如合成有机小分子、生物碳水化合物等。

1.晶相选择性：纳米二氧化钛存在多种晶相，不同的晶相对催化性能有很大影响，因此需要对晶相的选择和控制进行进一步研究。

2.稳定性：纳米二氧化钛在光催化反应中容易受到光照、温度、湿度等环境因素的影响，因此需要进一步提高其稳定性。

3.光谱范围：纳米二氧化钛只能吸收波长在紫外区域的光线，因此需要开发更广泛的光谱范围以提高催化效率。

总之，纳米二氧化钛光催化技术是一种具有潜力的环保、高效、可控的催化技术，在未来的研究和应用中将发挥重要作用。

纳米二氧化钛光催化性能的研究摘要：介绍实验室制备金红石型二氧化钛的一种方法，并通过XRD扫描分析其相态，经扫描电子显微镜观察所制备的二氧化钛的形貌和尺寸，最后在紫外光照射下研究其对有机物的降解。

关键词：制备；TiO2；纳米材料；光催化。

1、半导体光催化研究的历史早在1929年人们就知道了涂料的“钛白”现象，即涂料中的二氧化钛能使颜料褪色。

后来的研究发现，造成这一现象的原因是TiO2的光敏化行为，即TiO2的光敏化引起油漆中有机物粘合剂的光降解，从而导致尤其涂料的不稳定。

20世纪70年代和80年代，从半导体光电化学的发展所获得的知识为半导体光催化的发展奠定了很好的基础。

尤其是它证明了二氧化钛能极好的光催化分解污染物。

1972 年，日本 Fujishima 和 Honda在Nature 杂志上报道，发现在光辐射的TiO2半导体电极和金属电极所组成的电池中，可持续发生水的氧化还原反应，产生H2。

这一发现非常有意义，表明通过半导体电极，可把光能转化为化学能。

从那时起，来自化学、物理、材料等领域的许多科学家们围绕太阳能的转化和储存、光化学合成，进行大量的研究，探索该过程的原理，致力提高光催化效率。

Fujishima 和Honda 的研究工作引起了人们对半导体在光作用下能否用于污染控制的兴趣，而半导体光电化学的研究结果为开展这一工作奠定了基础。

从七十年代初期以来，国外许多学者竞相开展这方面的研究。

1976 年，J. H. Cary报道了TiO2水浊液在近紫外光的照射下可使多氯联苯脱氯，注意到TiO2 水体系在光照条件下可非选择性氧化(降解)各类有机物，并使之彻底矿化，生成CO2和H2O。

同年S. N. Frank 等研究了多晶电极/氙灯作用下对二苯酚、I-、Br-、Cl-、Fe2+、Ce3+和CN-的光解和用粉末来催化光解水中污染物取得了满意的结果。

S. N. Frank 等在1977 年又用TiO2、ZnO、CdS、Fe2O3、WO3等多种催化剂在氙灯作光源情况下，对CN-和SO32-进行光解研究，结果TiO2、ZnO、CdS能有效催化氧化CN-为CNO-；TiO2、ZnO、CdS 和Fe2O3能有效催化氧化SO32-为SO42-，其反应速度均大于3.1×10-6 mol / (d·cm2)。

摘要二氧化钛纳米材料的制备、改性及光催化性能研究摘要随着人们生活水平的不断提高，越来越多的产品来自于石油、煤炭和天然气等不可再生的自然资源。

同时，产品在原材料的提取、运输和转化过程中都有可能给环境带来负面效应。

因此，环境污染和能源短缺现象成为人类目前应对的世界性难题。

半导体光催化技术在环境修复领域的作为不容忽视，已被证明是降解水体和大气环境中有害污染物的有效途径。

在解决能源危机方面，通过光分解水制氢、太阳能电池等方式实现了可再生能源的高效利用。

二氧化钛因其高稳定性，无毒性且低成本被认为是非常理想的光催化半导体材料。

光催化剂的表面积是决定污染物吸附量的重要因素，直接影响其光催化活性的强弱。

由于二氧化钛纳米材料的高表面能使得纳米粒子间倾向于聚集以达到体系的平衡状态，导致纳米粉体的团聚现象严重，无法获得较大的活性表面积。

因此，本文采用表面活性剂作为分散剂，并优化制备工艺进行改性，以获得均一分散的二氧化钛纳米体系是十分必要的。

主要研究内容如下：（1）综合溶胶-凝胶法和溶剂热法的制备优势，本论文采用溶胶-溶剂热改进工艺进行实验分析。

以钛酸丁酯为钛源，无水乙醇为溶剂，浓硝酸为抑制剂，按照n(Ti(OR)4):n(C2H5OH):n(H+):n(H2O)=1:15:0.35:4的反应物配比，制备纳米级二氧化钛材料。

（2）通过单因素实验与正交实验相结合的方式，以样品对甲基橙的光催化降解率为分析依据，探究溶剂热温度、溶剂热时间、煅烧温度和煅烧时间对于二氧化钛光催化活性的影响。

正交实验的结果表明，最佳工艺参数是：当溶剂热温度为150℃，溶剂热时间为24h，煅烧温度为450℃，煅烧时间为4h时，样品的光催化降解率最高，为82.88%。

同时XRD、SEM、TEM和EDS的图像表明，样品为结晶度良好的单一锐钛矿相，无任何杂质，但分散性一般。

（3）在最佳工艺参数的基础上，通过控制表面活性剂的种类和含量的不同，探究不同类型表面活性剂的最佳投料比，从而确定用于二氧化钛纳米粉体改性的最佳分散剂，并通过XRD、SEM、TEM和EDS等技术对样品进行表征。

纳米二氧化钛光催化性能的测试一、实验导读1.半导体光催化剂半导体介于导体和绝缘体之间，在未激发的具有能带结构的半导体电子结构中，大多数电子处于价带内，而导带内则因能级较高处于电子缺乏状态。

导带和价带的过渡区称为带隙或禁带，其能量之差被称为能隙或禁带宽度，用E g表示，E g的大小代表了价带电子跃迁至导带的难易程度。

纳米TiO2等半导体的主要特征——宽禁带的存在，其优异独特的电、磁、光学等性质的表现也是由于它的存在而导致的。

宽禁带半导体其价带上的电子一旦受到一个具有高于其禁带宽度能量hv 的光照射后，能使其分子轨道中的电子(e-)离开价带(VB)跃迁到导带(CB)上，并在价带上产生相应的光生空穴(h+)，同时在导带上形成光生电子(e-)。

在电场的作用下，两者发生分离，纳米半导体粒子因其尺寸很小，光激发产生的电子和空穴很快到达纳米粒子表面，导致原本不带电的粒子表面的二个不同部分出现了极性相反的二个微区——光生电子和光生空穴。

价带空穴是良好的氧化剂，导带电子是良好的还原剂，在半导体光催化反应中，与吸附在催化剂表面的污染物分子发生氧化还原反应。

跃迁到导带上的电子和价带上的空穴可能重新复合，并产生热能或以辐射方式散发掉。

但是当半导体光催化剂存在表面缺陷、合适的俘获剂、或者电场作用等因素时，电子和空穴的合并就得到了拟制。

同时纳米半导体粒子所具有的量子尺寸效应使其导带和价带能级变为分立的能级，能隙变宽，使其电子-空穴对具有更正的价带电位和更负的导带电位，因而具有更高的氧化能力和还原能力。

而且粒子越小，电子和空穴达到粒子表面的速度越快，电荷分离效果越好，电子与空穴复合几率反而越小，从而提高了纳米半导体的光催化活性。

作为半导体光催化剂的材料众多，包括TiO2、ZnO、WO3、SnO2、ZrO2等多种金属氧化物，CdS、FeS、MoS2等多种硫化物半导体。

TiO2等半导体纳米微粒，由于其表面的电子结构及晶体结构，具有特殊的表面效应、体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应以及介电限域效应以外，还拥有高效的光催化活性，热稳定性好，价格低廉，对人体无毒、无害、无二次污染等特点，使其成为新兴的环保材料。

一：1：纳米二氧化钛是目前应用最为广泛的一种纳米材料。

它是一种半导体材料,除了具有纳米材料共同的特点外,还具有光催化性能。

近十多年来,随着环境污染日益严重,利用半导体粉末作为光催化剂催化降解有机物的研究已成为热点。

在作为光催化剂的主要原料N 型半导体TiO2、ZnO2、CdS、WO3中,相比较而言, TiO2活性高、化学稳定性好、对人体无害,是理想的环保型光催化剂。

实验表明, TiO2至少可以经历12次的反复使用而保持光分解效率基本不变,连续580分钟光照下保持其活性,因而将其投入实际应用有着广阔的发展前景。

2：纳米二氧化钛的光催化降解机理：当二氧化钛受到波长小于387. 5nm的紫外光的照射时,价带上的电子跃迁到导带,激发电离出电子同时产生正电性的空穴,形成电子-空穴对,与吸附溶解在其表面的氧气和水反应。

分布在表面的空穴将OH -和H2O氧化成HO自由基。

HO 自由基的氧化能力是在水体中存在的氧化剂中最强的,能氧化大部分的有机污染物和无机污染物,而且对反应物几乎无选择性,在光催化氧化中起着决定性的作用。

二氧化钛的表面电子可被溶解在表面的氧俘获形成O2-。

另外表面电子具有高的还原性,可以去除水体中的金属离子。

生成的原子氧和氢氧自由基使有机物被氧化、分解,最终分解为CO2、H2O和无机物。

3：目前的研究现状：尝试对不同微生物的杀灭作用：为了考察TiO2对微生物的作用,根据不同的研究和应用背景,人们选择了细菌、病毒、藻类、癌细胞等。

目前已有报道的考察TiO2光催化作用的细菌类有: 乳杆嗜酸细胞(Lactobacil lus acidophi lus),酵母菌( Saccharomyces cerevisiae), 大肠杆菌( Es-cherichia coli), 链球菌( S treptococcus mutans , S .ratus , S .cricetus , S .sobrinus AHT)。