水热法制备二氧化钛纳米晶体

引言工业的飞速发展深刻变革着人们的生活与生产方式。

但其发展过程中的排放问题造成了巨大的环境污染。

因此，有效、安全、能耗低的光催化技术也成为当今的研发热点之一。

纳米二氧化钛是当前光催化技术常用的一种半导体材料。

其具有生物无毒性、高催化活性、成本较低等诸多优点。

但其结构上有一定的缺陷，例如：其禁带宽度为3.2eV、其电子空穴易复合等，这些使得其光催化性能降低。

因此，对二氧化钛进行改性以期改善其处理污水的效果是当今的热点话题之一。

一、二氧化钛光催化原理TiO2的光催化原理如图1所示。

其价带上的电子在吸收足够能量后，跃迁至导带，形成光生电子。

同时，价带上形成空穴，生成空穴——电子对。

空穴与光生电子对在电场的作用下发生分离，一同迁移到TiO2粒子的表面。

其中，空穴可以引发氧化反应，光生电子具有还原性，二者共同作用进而降解污染物。

图 1　二氧化钛光催化原理示意图但TiO2禁带宽度较宽，难以响应可见光；且电子与空穴自身复合率就较高。

以上原因都导致纳米TiO2的催化活性和催化效率较低，难以运用到光催化领域中。

二、纳米二氧化钛的制备1.微波水热法微波有助于加快化学反应，可用微波水热法制备纳米TiO2。

胡能等采用水热法制备了具有光催化活性的纳米TiO2。

继而对其结构、光学吸收与相态等方面进行表征分析，最后得出结论：在紫外光条件下，纳米TiO2能迅速降解废水里的染料等有机物，不仅对环境友好，同时具有高效率、稳定性强、节约能源等优点。

2.溶胶—凝胶法溶胶凝胶法是一种使用时间远超于微波水热法的新方法，其使用优点主要在于高混合性，反应物的分子在形成的凝胶中可以充分混合继而达到更加优秀的催化效果。

并且反应条件并不严苛，无须高温，能耗低，且反应大多数处于纳米状态。

但此法前期造价高昂，且反应时间较长，往往在几天或几周不等。

孙鹏飞等用溶胶—凝胶法合成的改性TiO2拥有较好的光催化性能，其中 Fe3+改性催化剂要优于B3+改性TiO2。

水热法生长单晶二氧化钛纳米棒汪汉斌;汪宝元;刘向;向晶晶【摘要】利用水热反应生长单晶TiO2纳米棒,研究了水热时间和加入钛源的量对纳米棒长度和形貌的影响.研究发现反应时间是控制纳米棒长径比重要的因素.纳米棒直径随着钛源量的增大而增大,纳米棒密度随着钛源量的增大而减小.当钛源量为190 μL、时间为10 h、温度为150 ℃时,生长出来纳米棒直径为100 nm,长度为3.4 μm,此条件生长出来的纳米棒长径比最大,最适合应用在敏化太阳能电池中.%Single crystal TiO2 nanorods were synthesized by hydrothermal method.The influence of the hydrothermal time and the amount of titanium source on the length and morphology of the nanorods were studied.The study showed that the reaction time was an important factor that controlling the length to diameter ratio of nanorods.As the amount of titanium source increases, the diameter of TiO2 nanorods was increased while the density of nanorods decreased.The study also showed that when the amount of titanium source was 190 μL, reaction time wa s 10 h and the temperature was 150 ℃, the resulted nanorods were 100 nm in diameter and 3.4 μm in length, which had the largest length to diameter ratio and were suitable for application in the sensitized solar cells.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2017(045)006【总页数】3页(P63-65)【关键词】氧化钛;水热法;纳米棒;形貌控制【作者】汪汉斌;汪宝元;刘向;向晶晶【作者单位】湖北大学物理与电子科学学院,湖北武汉 430062;湖北大学物理与电子科学学院,湖北武汉 430062;湖北大学物理与电子科学学院,湖北武汉 430062;湖北大学物理与电子科学学院,湖北武汉 430062【正文语种】中文【中图分类】O613TiO2 是一种化学性能稳定、高折射系数(n=2.4～1.5)、无毒的宽禁带氧化物，还有催化活性强，组成元素在地壳中含量丰富等特点，在敏化太阳能电池，光催化、气敏传感器、涂料等方面有广泛的应用[1-3]。

862019年12月上 第23期 总第323期0 引言众所周知,纳米T i O 2是一种常见的无机功能材料,具有粒径小、比表面积大、稳定性好、紫外吸收能力强、催化活性高、电子传递速率高、价格低廉以及抗菌效果好等优点而受到国内外研究者广泛的关注。

相对于纳米TiO 2,TiO 2纳米管(T N T )具有较大的比表面积、独特的结构特征,因此具有较强的吸附能力和杀菌效果,特别是在光催化方向具有广阔的应用前景。

目前T N T 的制备方法主要有水热合成法、模板合成法、阳极氧化法等。

水热法合成T N T 有特殊的优点,被广泛应用。

具有成本低、无污染、无煅烧、操作简单、便于工业化生产等特点,而且生成的T N T 比表面积大、结晶度高、易于回收利用。

经过Kasuga等人的创新工作,由于其TNT迷人的微观结构和优异的性能,具有较大比表面积和孔体积已获得了有希望的重要前景。

可以使用水热法从结晶二氧化钛(T i O 2)颗粒和高浓度氢氧化钠(N a O H )溶液合成高质量的TNT。

影响结晶度和涡旋结构的关键参数是Na OH 的含量。

基于“使用氢氧化钠水解二氧化钛颗粒”的报道实验表明,确实可以形成含有类似于T i O 2的“T i -O 骨架”的纳米管结构。

然而,已经认识到大量的钠(N a )被引入这些纳米管中。

这些纳米管的壁被认为具有层状结构。

许多小组试图修改工艺或分析所得二氧化钛或T N T 的结构。

T N T 的形成机制和真正组成仍在争论中。

另外,从实际应用的角度来看,诸如在各种N a O H 浓度下的结构稳定性和相应的结晶相以及煅烧温度的问题仍有待解决。

与不同晶体结构和组成,温度转变和浓度变化有关的差异清楚地表明仍需要对该主题进行进一步研究。

二氧化钛作为新兴的半导体催化剂,无毒,且不会在粒子表面生成物质影响反应速率,具有较稳定的化学性质,在催化有机废水分解中不会像无机物(Fe 2O 3)一样发生阴极光腐蚀,亦不像C d S 一样发生阳极光腐蚀,或者说,二氧化钛是较理想的水分解催化剂。

锐钛矿型二氧化钛微粒的水热法制备学院姓名学号同组成员目录前言 0一、实验目的 0二、实验原理 0三、器材与试剂 (1)四、实验步骤 (1)五、实验结果分析 (2)六、实验结论 (5)七、思考题 (5)参考文献 (5)前言纳米材料因具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应及宏观量子隧道效应等优异性能而受到人们的普遍关注。

在众多的纳米材料当中，二氧化钛由于具有高活性、安全无毒、化学性质稳定（耐化学及光腐蚀）及成本低等优点，被认为是最具开发前途的环保型光催化材料之一。

除作为光催化材料外，二氧化钛还因为其能屏蔽紫外线、消色力高、遮盖力强（透明度高）等优异性能而应用于化妆品、纺织、涂料、橡胶和印刷等行业。

因此，纳米二氧化钛材料成为不同生产商竞相开发和生产的热点。

一、实验目的利用水热法制备锐钦矿型的二氧化铁微粒,通过本实验熟悉水热合成(制备)的方法，熟悉水热法制备无机非金属氧化物微纳米材料的. 般步骤及其原理；了解微纳米材料的一般表征方法，以及对结果的处理、分析和表达。

二、实验原理二氧化钛，分子式为TiO2，俗称钛白粉。

它一种是种重要的化工原料，也是最重要的白色颜料，占全部白色颜料使用量的80%，它也是钛系的最主要产品，世界上钛资源的90%都用来制造二氧化钛。

在现代工业、农业、国防和科学技术等诸多领域中得到广泛的应用，与人民生活和国民经济有着密切的联系。

目前全球二氧化钛的年产值约70 亿美元，是仅次于合成氨和磷酸的第三大无机化学品，许多发达的工业国家都把它列入关键化学品行列。

在某些国家和地区，其消费量与国民生产总值成正比，甚至有的经济学家把钛白粉的消费或人均占有量，作为衡量一个国家的经济发展和人民生活水平的重要标志之一。

二氧化铁在单晶时是透明的。

二氧化铁粉末为白色的，这是因为二氧化钛粉末对可见光的全部波长都有同等程度的强烈反射，所以在可见光的照射下呈现白色。

二氧化钛在已知所有白色颜料中折射率最高，因而具有极高的不透明度、优良的光学性能和颜料性质。

水热法制备氟掺杂纳米二氧化钛及其光催化活性的研究龙岩学院化学与材料学院应用化学2008063516 李永泉指导老师：刘小英【摘要】本实验以钛酸四丁酯为原料，氢氟酸为掺杂剂，用水热法制备氟掺杂的TiO2粉末。

通过XRD 分析和甲基橙的光催化降解，对F掺杂量不同的TiO2的光催化性能和晶体结构进行探讨。

研究结果表明F 的掺杂没有影响TiO2的晶型，所有样品都为锐钛矿型TiO2。

F的掺杂也不会明显改变样品的晶粒尺寸。

当F含量较少时，可以显著提高样品的光催化活性，体积比为100∶6时所制备的样品的催化活性最佳。

【关键词】水热法，氟掺杂，纳米TiO2，光催化活性，晶体结构。

1引言纳米TiO2无毒、性能稳定，并且具有抗化学和光腐蚀、光催化活性高、对水污染物中有机物降解等优点，是当前最受重视和具有广阔应用前景的光催化氧化剂[1]。

纳米TiO2的制备方法可归纳为固相法、气相法和液相法三大类。

固相法制备的粉体颗粒无团聚、填充性好、成本低、产量大、制备工艺简单等优点，但能耗大、效率低、粉体不够细、易混入杂质；气相法制备的纳米TiO2粉体纯度高、粒度小、单分散性好，但工艺复杂、能耗大、成本高[2]；相比之下，液相法具有合成温度低、设备简单、易操作等优点。

液相法又可分为液相沉淀法、溶胶-凝胶法、微乳液法、水热合成法等[3]。

水热法制备纳米TiO与其他液相法相比具有独特的优势：首先，可通过控制溶液组成、2浓度、pH、反应温度和压强等因素有效地控制反应和晶体生长；其次，水热合成中的再结晶过程使得产物具有较高的纯度，并且反应中所需的仪器设备和反应过程均较为简单。

用水热法合成的纳米TiO2晶体缺陷少、取向好、结晶度高、晶粒可控，有较高的光催化活性[4]。

2二氧化钛的合成方法2.1固相法固相法是将金属盐或金属氧化物按一定的比例充分混合，研磨后进行煅烧，发生固相反应后，直接或再研磨得到超微粒子的一种制备方法。

该法虽然经济，工艺和设备简单，但是能耗大而不够纯，且粒子分布和粒子外貌上不能令人满意，所以主要用于对粉体的纯度和粒度要求不高的情况[5]。

锐钛矿型二氧化钛纳米晶及其制备方
法与应用
背景：二氧化钛是一种广泛应用于工业、医疗、环境保护等领域的重要功能材料。

锐钛矿型二氧化钛是一种常见的二氧化钛晶体相，具有高晶体对称性和优异的物理、化学性能。

在纳米尺度下，锐钛矿型二氧化钛纳米晶呈现出与体相材料不同的物理、化学性质，具有更广泛的应用前景。

制备方法：锐钛矿型二氧化钛纳米晶的制备方法有多种，以下为其中的一种：
1. 溶胶-凝胶法：将钛酸四丁酯等钛源溶于适量的有机溶剂中，加入表面活性剂、稳定剂等辅助剂，并进行溶胶化处理，形成透明均匀的溶胶液。

将溶胶液烘干并进行高温煅烧处理，得到纳米晶体的锐钛矿型二氧化钛。

2. 水热法：将钛酸四丁酯等钛源溶解于水中，并加入一定量的助剂，调节反应体系的pH值、温度等条件，进行水热反应，得到纳米晶体的锐钛矿型二氧化钛。

应用：锐钛矿型二氧化钛纳米晶的应用领域非常广泛，以下为部分应用：
1. 光电器件：锐钛矿型二氧化钛纳米晶可以应用于太阳能电池、荧光粉、LED等光电器件中，具有优异的光电转换效率和稳定性能。

2. 环境治理：锐钛矿型二氧化钛纳米晶可以应用于光催化空气净化、水处理等领域，具有优异的光催化性能和抗污染能力。

3. 生物医学：锐钛矿型二氧化钛纳米晶可以应用于药物传递、细胞成像等生物医学领域，具有较好的生物相容性和药物载体性能。

总之，锐钛矿型二氧化钛纳米晶作为一种重要的纳米功能材料，具有广泛的应用前景和潜在的经济效益。

加水热分解硫酸氧钛理论说明1. 引言1.1 概述本文将研究加水热分解硫酸氧钛的理论背景和实验步骤，并对实验结果进行分析和讨论。

加水热分解硫酸氧钛是一种重要的化学反应，在材料科学和化学工程领域得到广泛应用。

通过该反应，可以制备出具有优异性能的钛系材料，如钛酞菁、有机小分子模板等。

1.2 文章结构本文共包括五个章节。

在引言中，我们将介绍文章的概述、结构以及目的。

在理论背景部分，我们将详细说明加水热分解硫酸氧钛的定义、原理以及反应条件和影响因素。

接下来，在实验步骤和方法部分，我们将介绍材料准备、实验装置以及加水热分解硫酸氧钛的具体步骤和数据采集方法。

之后，在结果与讨论部分，我们将对加水热分解硫酸氧钛反应产物的特性进行深入分析，并探究影响反应效果的因素，并与现有文献结果进行比较和验证测试。

最后，在结论与展望部分，我们将总结实验结果对加水热分解硫酸氧钛理论的进一步认识，探讨引发的研究进展和潜在应用前景，并提出未来工作的建议。

1.3 目的本文旨在通过理论说明加水热分解硫酸氧钛这一重要反应的背景知识、实验步骤及结果讨论，深入了解该反应过程中产物特性和影响因素。

通过本文的撰写，希望能够对加水热分解硫酸氧钛的理论有更全面的认识，并为相关领域的研究者提供参考和启示。

此外，通过对该反应进行详细阐述和深入分析，有助于推动相关领域的研究进展，并展望其潜在应用前景。

同时，本文还将提出未来工作建议，以期激发更多创新思路和研究方向。

2. 理论背景：2.1 加水热分解硫酸氧钛的定义和原理：加水热分解硫酸氧钛是一种常用的制备二氧化钛纳米晶体的方法。

它基于硫酸氧钛（TiOSO4）在高温和高压下与水反应生成二氧化钛（TiO2）的原理。

该反应可表示为以下方程式：TiOSO4 + H2O -> TiO2 + H2SO4通过加水热分解过程，硫酸氧钛被水分解成二氧化钛和硫酸，而后者可溶于水中形成稳定的硫酸溶液副产物。

2.2 反应条件和影响因素：在加水热分解反应中，反应条件和操作参数对产物形态、粒度以及纯度等性质具有重要影响。