纳米TiO2光催化剂的制备、改性及其应用研究
纳米TiO2光催化剂的制备、改性及其应用研究
近年来，纳米材料在化学、生物、环境科学等领域中得到了广泛的研究和应用。其中，纳米二氧化钛（TiO2）作为一种重要的光催化剂，具有高效、可再生和环境友好等特点，在环境净化、能源产生和分解有机物等方面具有广阔的应用前景。本文将重点探讨纳米TiO2光催化剂的制备方法、改性途径及
其应用研究。
一、纳米TiO2光催化剂的制备方法
一般来说，制备纳米TiO2的方法可以分为物理法和化学法两类。物理法主要采用物理化学方法，如溶胶-凝胶法、热分解法、气相沉积法等；化学法则是指溶胶法、水热法、反应混合物法等。这些方法不仅能够控制纳米颗粒的尺寸和形貌，还能够改变其相结构和晶格缺陷，以调控纳米颗粒的光催化性能。
二、纳米TiO2光催化剂的改性途径
为了提高纳米TiO2的光催化活性和稳定性，许多研究者通过
改性方法对其表面进行处理。常见的改性手段包括：掺杂、复合、修饰以及载体的选择等。掺杂是指将一些金属、非金属元素掺入TiO2晶格中，以调控其能带结构和电子结构，提高光
吸收范围和载流子分离效率；复合是指将TiO2和其他半导体
材料复合，形成异质结构，提高光生电子-空穴对的分离效果；修饰则是在TiO2表面修饰一层活性物质，如负载金属催化剂、有机染料等，以增强其吸附能力和活性；而载体的选择则常常可以通过介孔材料或纳米载体来限制纳米颗粒的再聚集和增加其比表面积。
三、纳米TiO2光催化剂的应用研究
纳米TiO2光催化剂在环境净化、能源产生和有机物降解等方面具有广泛的应用前景。在环境领域，纳米TiO2光催化剂可以应用于有害物质的分解和废水的处理。例如，通过纳米
TiO2光催化剂的作用，可以分解空气中的甲醛、苯等VOCs （挥发性有机物），从而净化空气。在废水处理方面，纳米TiO2光催化剂可用于分解废水中的有机物以及去除重金属离子等。
在能源产生方面，纳米TiO2光催化剂可以用于光电子设备的制备。纳米TiO2颗粒作为光吸收剂，在光电子器件（如光电池）中具有重要的作用。利用纳米TiO2光催化剂的特殊性质，可以实现光能的转化和储存，从而产生电能。
此外，纳米TiO2光催化剂还可以应用于有机物的降解。光催化技术作为一种绿色、无副产物的降解方法，已广泛应用于废水处理、有机物分解和环境保护等领域。纳米TiO2光催化剂具有高效、可再生等特点，可以有效降解有机物，减少环境污染。
总结起来，纳米TiO2光催化剂作为一种具有潜在应用的材料，在环境净化、能源产生和有机物降解等方面表现出了巨大的潜力。通过合理选择纳米TiO2的制备方法和改性途径，可以进一步提高其催化性能和稳定性。未来的研究工作应致力于提高光催化效率、降低纳米TiO2的成本，并开发出更加高效、可持续的纳米光催化剂。
纳米TiO2光催化剂作为一种多功能材料，在有害物质分解和废水处理、能源产生以及有机物降解等方面展现出了广泛应用的潜力。通过光催化作用，可以高效地分解空气中的有机污染物和废水中的有机物和重金属离子，实现环境的净化和保
护。此外，纳米TiO2还可应用于光电子设备的制备，通过光能的转化和储存产生电能。未来的研究应致力于提高纳米TiO2的催化性能和稳定性，降低成本，并开发出更加高效、可持续的纳米光催化剂。
纳米TiO2材料的制备及其光催化性能研究
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。纳米材料不仅仅具备粒径小的优点，而且还具备了小尺寸所带来的特殊的性质，这些特性将在未来的绿色革命中大展拳脚，给环境保护带来巨大的进展。纳米TiO2能够光催化降解水中多种污染物，对染料、卤代烃、多环芳烃、酚类、表面活性剂和农药等都具有降解能力。用TiO2作为光催化剂，可以使多达60多种含氯化合物在光照条件下氧化还原而生成COa和H20等物质。纳米尺度的TiO2相比与普通二氧化钛具有更好的光催化性能，但由于粒径细小在反应过程中容易流失，而且大量的悬浮纳米级光催化剂会阻挡光的吸收也给废水处理后的分离造成极大的困难。由于这些应用中的困难，近年来固定相纳米光催化技术成为了热点研究，进行TiO2纳米膜及其负载技术的催化氧化实验成为主流。在TiO2光催化氧化处理有机污染物方面，国内现在
氧化钛制备实验综述
纳米TiO2研究现状综述 班级：应101-3 姓名：刘金全 学号：201055501324
【前言】：纳米二氧化钛(TiO )是当前应用前景最为广阔的一种纳米材料，它 2 是当前众多纳米材料中的“明星”【1】。因具有良好的化学稳定性、无 毒、制备成本低等优点而成为研究热点。因此寻找优良的合成方法和路 径成为当前纳米的研究热点之一。 【摘要】：本文概述了纳米二氧化钛光催化剂的制备方法及其在环保领域的应用展望了该材料今后的发展方向。介绍了制备纳米二氧化钛的不同方 法，主要包括气相法、液相法。分析了各种制备方法的原理、特点、应 用最新研究进展介绍了纳米二氧化钛材料在气体净化、抗茵除臭、处理 有机污染物、防雾及自清洁涂层等领域的应用以及对二氧化钛光催化剂 的发展进行展望。 【关键词】：纳米材料；二氧化硅；制备方法；光催化活性；气相法；液相法【正文】： 一，纳米TiO2简介： 1.纳米材料介绍 纳米材料是指微粒几何尺寸在lnm一100nm范围内的固体材料。纳米粒子是处于微观粒子和宏观粒子之间的介观系统。纳米材料以其独特的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子效应等性质，而呈现出许多奇异的物理、化学性质，使其在众多领域具有特别重要的应用价值和广阔的发展前景.【2】 2.TiO 简介： 2 )具有许多特殊性能，比如表面效应、体积效应、量子尺纳米二氧化钛(TiO 2 寸效应、宏观量子隧道四大效应【3】，从而使其与普通二氧化钛相比具有许多特殊性能。纳米TiO 具有颗粒小，比表面积大，磁性强，光催化、吸收性能好， 2 吸收紫外线能力强，表面活性大，热导性好，分散性好，所制得的悬浮液稳定以及对人体无害等性能．纳米二氧化钛是无机纳米半导体材料中极其重要的一种纳米材料，是一种稳定的无毒紫外光吸收剂，纳米TiO 还具有很好的光催化作用【4】，在光照条件下能够降解有机污染物、杀死细菌。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、光电子器件等领域具有广泛的用途。 二，TiO2制备方法 目前纳米二氧化钛的制各方法主要分为液相法和气相法。 1.气相法 气相法是直接利用气体，或者通过各种手段将物质转变为气体，使之在气体状态下发生物理变化或者化学反应，最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米粒子的方法。 1．1四氯化钛气相氧化法 此法多是以四氯化钛为原料，以氮气为载气，以氧气为氧源，在高温条件下四氯化钛和氧气发生反应生成纳米二氧化钛【5】。该工艺的优点是自动化程度高，可以制备出优质的二氧化钛粉体；缺点是二氧化钛粒子遇冷结疤的问题较 ，对环难解决，对设备要求高，技术难度大，在生产过程中排出有害气体Cl 2 境污染严重【6】。
二氧化钛作为光催化剂的研究
二氧化钛光催化剂的研究进展1972 年，A.Fujishima 等首次发现在光电池中受辐射的TiO2，表面能持续发生水的氧化还原反应，这一发现揭开了光催化材料研究和应用的序幕。1976 年J.H.Carey 等报道了TiO2水浊液在近紫外光的照射下可使多氯联苯脱氯。S.N.Frank 等也于1977 年用TiO2粉末光催化降解了含CN-的溶液。由此，开始了TiO2光催化技术在环保领域的应用研究，继而引起了污水治理方面的技术革命。近十几年来，随着社会的发展和人们对环境保护的觉醒，纳米级半导体光催化材料的研究引起了国内外物理、化学、材料和环境等领域科学家的广泛关注，成为最活跃的研究领域之一。 TiO2 是一种重要的无机材料，其具有较高的折光系数和稳定的物理化学性能。以TiO2 做光催化剂的非均相光催化氧化有机物技术越来越受到人们的关注，被广泛地用来光解水、杀菌和制备太阳能敏化电池等。特别是在环境保护方面，TiO2 作为 光催化剂更是展现了广阔的应用前景。但TiO2 的禁带宽度是3.2eV，需要能量大于3.2eV 的紫外光（波长小于380nm）才能使其激发产生光生电子-空穴对，因此对可见光的响应低，导致太阳能利用率低（只利用约3~5%的紫外光部分）。同时光生电子和光生空穴的快速复合大大降低了TiO2 光催化的量子效率，直接影响到TiO2 光催化剂的催化活性。因此，提高光催化剂的量子效率和光催化活性成为光催化研究的核心内容。通过科学工
作者对二氧化钛的物质结构、制备方法、催化性能、催化机理等方面的深入系统的研究，这种快速高效、性能稳定、无毒无害的新型光催化材料在废水处理、有害气体净化、卫生保健、建筑物材料、纺织品、涂料、军事、太阳能贮存与转换以及光化学合成等领域得到了广泛应用。 1 TiO2光催化作用机理 “光催化”从字面意思看，似乎是指反应中光作为催化剂参加反应，然而事实并非如此。光子本身是一种反应物质，在反应过程中被消耗掉了，真正扮演催化剂角色的却是TiO2。因此，“光催化”反应的内涵是指在有光参与的条件下，发生在光催化剂及其表面吸附物（如H2O分子和被分解物等）之间的一种光化学反应和氧化还原过程。其具体的作用机理如下。 从结构上看，TiO2之所以在光照条件下能够进行氧化还原反应，是由于其电子结构为一个满的价带和一个空的导带。当光子能量（hν）达到或超过其带隙能时，电子就可从价带激发到导带，同时在价带产生相应的空穴，即生成电子（e-）、空穴（h+）对。通常情况下，激活态的导带电子和价带空穴会重新复合为中性体（N），产生能量，以光能（hν′）或热能的形式散失掉。 TiO2+hν→e-+h+ （1） e-+h+→N+energy（hν′ 本科毕业设计（论文） 题目TiO 2改性催化剂的制备 及光催化应用 Southwest Petroleum University Graduation Thesis Preparation and Photocatalytic Aplication of the Changed Properties of the TiO2 Catalysts Grade: 2008 Name: Speciality: Chemistry Instructor : School of Chemical Engineering and Technology 2012-6 TiO 2改性催化剂的制备及光催化应用 i 摘要 为了解决二氧化钛在应用中太阳能利用效率低和光量子利用效率低的技术难题，人们通过金属元素掺杂等手段对TiO 2进行改性研究。掺杂可在半导体表面引入 缺陷位置或改变结晶度，影响电子与空穴的复合或拓展光的吸收波段，从而提高TiO 2的光催化活性。 本文采用溶胶—凝胶法制备了第四周期过渡金属离子和第Vlll 族贵金属元素掺杂的纳米TiO 2粉末光催化剂，利用XRD 、SEM 等多种手段对掺杂前后粉末性能进 行了表征。系统全面地研究了不同焙烧温度，不同掺杂金属，不同掺杂量，不同反应温度等因素对催化活性的影响。 在未掺杂条件下，500℃焙烧的TiO2催化活性最好,且晶形为锐钛矿晶形，700℃下的则大部分为板钛矿晶形；在相同条件下Fe 、Cu 、Zn 、Ag 分别掺杂后，Fe 掺杂活性最好，且明显优于未掺杂的样品，说明掺杂使催化剂的性质有了明显优化；在不同量的Fe 的掺杂样品中，0.05%的比例下催化活性最好；最后验证了在pH=3条件下催化甲基橙的效果最好。 本论文通过金属元素掺杂的方法对纳米TiO 2光催化剂进行改性研究，解决了制 备过程中的一些技术问题，获得了改性后TiO 2光催化剂的制备方法和性能的变化以 及影响光催化活性的规律。 关键词: 纳米TiO 2；光催化；掺杂改性；过渡金属；溶胶凝胶法 光催化剂的制备 目前，实验室制备和合成纳米TiO2光催化剂的方法很多，大致可以分为气相法，液相法和固相法。 1.2.2.1 气相法 气相法是利用气体或通过加热使钛盐变为蒸气，然后发生物理或化学变化，最后冷却-凝聚-长大形成纳米TiO2粒子的方法。采用气相法制备的纳米TiO2粒子纯度高，粒径分布窄，尺寸均匀，化学活性好，但是制备工艺复杂，成本高，产率低。常见的气相法包括氢氧火焰水解法、气相氧化法，气相水解法、气相分解法等。 1.2.2.2 液相法 液相法是生产各种氧化物颗粒的主要方法之一。它的基本原理是：将可溶性金属钛盐，按所制备材料的组成配制溶液，再用沉淀剂使金属离子均匀沉淀出来。与气相法相比，液相法制备纳米TiO2薄膜具有工艺简单、合成温度低、能耗少以及设备投资小的优点，是制备纳米TiO2粉体和薄膜较理想的方法，是目前实验室和工业上广泛采用的制备薄膜和超微粉的方法。主要包括溶胶-凝胶法，水热合成法、液相沉积法，水解法，微乳液法等。溶胶凝胶法一般是以有机或者无机钛盐为原料，在有机介质中（酸或有机聚合添加剂）进行水解、缩聚反应，最后将得到的溶胶干燥、煅烧得到TiO2纳米颗粒。整个反应过程如下： Ti(OR)4 + nH2 O →Ti(OR) (OH) + nROH水解反应4-n n 4-n n-1 2 2 2Ti(OR) (OH) →[Ti(OR) (OH) ] O + H O缩聚反应 Ti(OR) + 2H2O →TiO +4HOR总反应 与传统的纳米材料制备方法相比，溶胶-凝胶法制备的TiO2纳米颗粒具有纯度高，粒径分布窄，单分散性好，反应容易控制等优点，但是成本高，工艺时间长。 水热合成法是在密闭高压反应釜中加入前驱体溶液，高温高压条件下发生反应制备纳米级TiO2粉末的方法。该方法的优点在于制备的纳米TiO2粉体晶粒完整，原始粒径小，分布较均匀，但反应条件为高温、高压，因而对设备材质、安全要求较严格。 液相沉积法是利用水溶液中氟的金属配位离子和金属氧化物之间的化学平 衡反应，将金属氧化物沉积到反应液中的衬底上，最后煅烧得到纳米TiO2材料[8]。液相沉积法的优点是：工艺简单，不需要使用特殊的设备，成本较低；室温下就能制备大比表面积的TiO2膜；对衬底无选择，可以在各种形状各种材料的衬底上沉积；膜厚可控制。水解法是以无机钛盐为原料，在严格的条件下控制钛盐的水解速度，制得纳米TiO2粉末。水解法制备纳米TiO2具有以下特点：方法操作简单，成本低；通过控制不同条件可以直接得到其它方法需经高温下煅烧才能得到的金红石型二氧化钛。如果能克服洗涤干燥过程中粉末的流失和团聚，解决纳米二氧化钛的收率和粒径不理想的问题，那么水解法就是制备TiO2粉末最经济的方法。 微乳液法是指以不溶于水的有机溶剂为分散介质，以水溶液为分散相的分散 体系，由于表面活性剂（有时也添加助表面活性剂，如低级醇）的存在，该体系 是一种分散相分布均匀、透明、各向同性的热力学稳定体系。微乳液的液滴或称 “水池”是一种特殊的纳米空间，以此为反应器可以制备粒径得以控制的纳米微 粒。微乳液法具有操作简单、粒径大小可控、粒子分散性好、分布窄、易于实现 连续化生产操作，容易团聚等特点。 龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/2819368817.html, 纳米TiO2光催化剂的制备研究 作者：冯灿灿王灵钰马丹孟静静杨志广 来源：《科教导刊·电子版》2017年第03期 摘要光催化技术已经成为治理环境问题的最具潜力的技术方法之一。纳米TiO2作为一种新型的无机半导体功能材料因其本身具有无毒、价格低廉、光催化活性高、不产生二次污染以及良好的化学和热稳定性等优点而使其成为优异的半导体光催化剂，在降解空气和水中的污染物方面具有很好的发展前景。本文主要分析了目前纳米TiO2光催化剂的多种制备方法及其特点，并对其未来的发展趋势进行了阐述。 关键词纳米TiO2 光催化剂制备方法 中图分类号： TQ174.75 文献标识码：A 随着工业化和城镇化的快速发展，环境污染已经越来越严重，并且直接影响人们的身体健康。自从1972年日本东京大学Fujishima A和Honda K两位教授发现TiO2能够光催化分解水制氢以来，半导体光催化技术逐渐成为人们研究的一个热点领域，因此光催化降解有机污染物是一种有效的解决环境问题的方法。在众多的半导体光催化剂中，纳米TiO2作为一种重要的宽带隙半导体光催化材料，具有原料易得、无毒、催化活性高、化学性质稳定、高氧化能力、价格低廉等优点，在光催化降解有机污染物、催化剂载体、太阳能电池、气体传感器以及自清洁材料等许多研究领域有着广泛的应用[1-4]。纳米TiO2光催化剂的光催化降解原理是在光照射下产生光生电子-空穴对，这些电子-空穴对具有极强的氧化还原性，能与TiO2表面吸附 水、氧气以及有机污染物发生一系列的氧化还原反应将有机污染物最终降解为CO2、H2O和其它无毒的无机小分子等。纳米TiO2许多独特的物理化学特性在很大程度上受到其制备方法的影响，本文主要分析了目前纳米TiO2光催化剂的制备方法及其特点，并对其未来的发展趋势进行了阐述。 1纳米TiO2光催化剂的制备方法 目前纳米TiO2光催化剂的制备方法主要有固相法、气相法和液相法等3种方法。 1.1固相法 固相法是通过机械研磨使对固体反应物进行粉碎并不断细化，再经干燥、烘干、煅烧等过程即可得到纳米TiO2粉体。固相法具有合成工艺简单、原料易得、污染少、产率高、可实现批量生产等优点，但该方法具有容易引入杂质、颗粒不均匀、易团聚、耗能大等缺点。 1.2气相法 二氧化钛(TiO2)由于其优异的光电转换及物化性能成为半导体光催化材料中的研究热点。二氧化钛纳米晶半导体太阳能电池,就是利用纳晶多孔薄膜电极,通过增大其表面积来提高电池的光电转换效率,该项技术无论在理论基础及应用技术上都有一定的发展潜力,具有取代硅太阳能电池及传统的太阳能电池发电的可能性,对TiO2纳米晶半导体太阳能电池的深入研究,大大促进纳米结构半导体光电化学新兴学科领域的发展。在环境污染的治理,TiO2在能量大于其禁带宽度的光照射下,产生电子与空穴对,然后光生电子迁移至催化剂表面实现光生载流子的有效分离,光生空穴的强氧化能力以及导带电子的还原能力使其能有效地氧化还原大部分有机物及一些金属离子,基于这一点,在环境污染的治理方面具有重大意义,因而制备性能优良的二氧化钛光催化剂成为一项有意义的工作。 TiO2就是一种价格便宜、无毒、稳定且抗腐蚀性良好的半导体材料。但就是,由于纳米尺度的TiO2能带间隙较宽(锐钛矿3、23eV,金红石型3、02eV),对太阳光的吸收效率很低,只能吸收太阳光中4%的紫外光部分,所以必须对其进行改性,扩宽其吸收利用的波段。一般有以下三种方法:一就是通过与能带间隙较窄的半导体复合;二就是通过掺杂其她元素;三就是利用染料进行TiO2的敏化。 TiO2通常有三种晶型,板钛矿(brookite)在自然界中量很少而研究极少;在这三种晶型中,锐钛矿(anatase)的催化活性最高。锐钛矿与金红石的结构可以用一个Ti06八面体链来表示,不同之处在于二种晶型的变形程度与八面体链的连结方式不同,每个Ti4+被6个O2-包围,形成一个八面体。金红石八面体结构并不规则,呈现轻微的正交晶系变形;锐钛矿八面体变形程度更大,因此对称性减小。 板钛矿属斜方晶系,性质不稳定,在650℃时转化成金红石结构,其应用的不就是很多;锐钛矿比较稳定,在800℃时转化成金红石结构,金红石不可转化成锐钛矿与板钛矿,金红石与锐钛矿都属于四方晶系,TiO2晶体中Ti4+离子位于相邻的六个O2-离子所形成的八面体中心。每个氧原子周围有三个钛原子,这三个钛原子位于不同的八面体中心,TiO2之所以存在三个不同的晶型主要就是因为八面体结构中内部的扭曲与互相连接的方式就是不同 一般认为,锐钛矿型TiO2催化剂光催化活性较高,而金红石型TiO2无催化活性或者催化性能差,原因就是金红石型TiO2禁带宽度为3、0eV(相当于410nm),导带电位就是-0、3eV,而O2／O2-的标准氧化还原电位为-0、33V,因此导带电子不可能通过TiO2表面的O2捕获从而加速导带电子与价带空穴的复合以至于降低催化活性;而锐钛矿型TiO2的禁带宽度为3、2eV,导带电位为-0、5eV,O2很容易得到导带电子使导带电子与价带空穴有效地分离从而提高催化活性。 二氧化钛催化剂技术的应用现状与前景 锐钛矿型TiO2在受到太阳光或荧光灯的紫外线的照射后,内部的电子发生激励,产生带负电的电子与带正电的空穴。电子使空气或水中的氧还原,生成双氧水,而空穴则向氧化表面水分子的方向起作用,产生氢氧(羟)基原子团。这些都就是活性氧,有着很强的氧化分解能力,从而能够分解、清除附着在氧化钛表面的各种有机物。二氧化钛不仅具有较强的氧化分解能力,而且自身不分解、几乎可永久性地起作用以及可以利用阳光与荧光灯的光线等优点。目前,二氧化钛的用途集中在 苏州科技大学 材料科技进展 化学生物与材料工程学院 材料化学专业 题目：纳米二氧化钛的制备及光催化 *名：** 学号：********** 指导老师：*** 起止时间：5月20日——6月8日 纳米二氧化钛的制备及光催化 吕岩 （苏州科技学院，化学与生物工程材料学院，江苏，苏州，215009） 摘要:纳米二氧化钛是种重要的纳米材料，其在众多领域有着广泛的应用。本文主要介绍纳米二氧化钛的多种制备方法，包括化学气相法(化学气相沉积法、化学气相水解法等)、液相法( 溶胶凝胶法、沉淀法、水热合成法等)两大类,并分析了各种工艺的优劣。并介绍纳米二氧化钛光催化反应原理,基本方法,影响因素,及其广泛的应用。通过介绍纳米二氧化钛的制备及光催化的研究，更深刻理解其在生产生活中应用。 关键词：纳米TiO2，制备方法，光催化. The study on preparation of nanometer TiO 2 and photocatalytic Lv Yan (University of Science and Technology of Suzhou,School of Chemical and Biological Engineering Materials,Jiangsu,Suzhou,215009) Abstract: A s an important nanomaterial nanometer TiO2 has wide app lications in many fields, such as environmental production. Preparation methods of nanomaterial TiO2w ere briefly summarized, including chemical gas phase method( CVD and chem ical gas phase hydro lysis method etc. ) and liquid phase method( sol- gelmethod, precipitation method, hydrothermal synthesismethod etc. ). The advan tages and disadvanges o f everym ethod w ere analyzed. Introduce nano TiO2reaction principle, basic method, influence factors, and its wide application. Through the introduction of the preparation of nano TiO2 research, a deeper understanding of its application in the production and living. Key words: nanometer T iO2; preparation method, photocatalysis 引言： 纳米二氧化钛是一种新型的光催化无机功能材料，由于其粒径在1~ 100 nm 之间, 具有粒径小、比表面积大表面活性高、分散性好等特点, 表现出独特的物理化学性质。它具有良好的透明性，紫外线吸收性及熔点低、磁性强、热导性强、高效、无毒、成本低和不造成二次污染等优点等奇异特性；还具有良好的抗菌作用，使用过程中不会发生自身损耗，而且资源丰富，价格低廉，因此在光催化降解废水中的有机物、涂料、精细陶瓷、塑料、催化剂、及化妆品等方面应用广泛，成为新型功能材料研究的热点之一。本文将对纳米二氧化钛的制备及光催化在做一些简单介绍。 1.纳米TiO2的制备 纳米TiO2的制备方法有很多, 归纳起来主要有固相法、气相法和液相法等, TiO2纳米结构、复合及其光催化性能 研究共3篇 TiO2纳米结构、复合及其光催化性能研究1 TiO2纳米结构、复合及其光催化性能研究 随着环境污染日益严重，光催化技术逐渐成为一种重要的治理手段。其中，TiO2因其良好的光催化性能，在光催化领域中 得到了广泛应用。近年来，随着纳米技术的发展，研究人员开始尝试制备TiO2纳米结构及其复合材料，以提高其光催化性能。本文将就TiO2纳米结构、复合及其光催化性能进行探讨。 TiO2是一种广泛应用于光催化领域的半导体材料。其中，纳 米级TiO2颗粒具有更高的比表面积和更好的光催化性能。通 过控制TiO2颗粒的形貌和尺寸，可以进一步提高其光催化性能。目前，制备TiO2纳米颗粒的方法主要有溶胶-凝胶法、水热法、气-液界面法等。 其中，溶胶-凝胶法是最常用的制备方法之一。通过将钛酸四 丁酯、乙醇等原料混合后，进行溶胶-凝胶、干燥、煅烧等步骤，即可制备纳米级TiO2颗粒。研究表明，通过控制煅烧温 度和时间，可以控制TiO2颗粒的尺寸和形貌。例如，较高温 度和较长时间会导致颗粒尺寸增大，形貌由球形转变为椭球形或纺锤形等。 除了纳米颗粒外，掺杂和复合是另一种提高TiO2光催化性能 的有效手段。掺杂主要是通过将其他元素掺入TiO2晶格中， 以改变其电子结构，提高光催化性能。目前常用的掺杂元素包括银、氮、碳等。复合则是将TiO2与其他材料复合，以提高 其光催化稳定性和性能。常用的复合材料包括金属氧化物、石墨烯、聚合物等。 对于掺杂TiO2，研究发现，掺杂银元素可以增加TiO2的光催 化活性和稳定性。由于银元素具有良好的表面等离子共振吸收效应，可促进TiO2的光吸收和电子传输。同时，掺杂氮和碳 元素可以缩小TiO2带隙，增强光吸收效果。对于复合TiO2， 研究发现，纳米级TiO2颗粒与金属氧化物复合，可以提高其 光吸收和电子传输效果，从而提高光催化性能。 总体而言，制备TiO2纳米结构、掺杂和复合是提高TiO2光催化性能的有效手段。随着纳米技术和材料科学的不断发展， TiO2的光催化性能将得到进一步提高，光催化技术也将在环 境治理中发挥更加重要的作用 经过对TiO2纳米结构、掺杂和复合的研究，我们可以有效地 提高其光催化性能。TiO2纳米结构可以增大比表面积、提高 光吸收效率和电子传输能力，掺杂可以改变TiO2的电子结构、增强光吸收效果，复合可以提高光催化稳定性和性能。这些技术对于环境治理、水净化以及光催化反应等方面具有重要的应用价值。随着技术的不断更新和发展，我们可以预见到TiO2 光催化技术在环保领域的广泛应用 TiO2纳米结构、复合及其光催化性能研究2 TiO2溶胶的制备及其光催化性能 一、实验目的 1•掌握水解法制备TiO2溶胶的基本原理； 2.掌握多相光催化反应的催化剂活性评价方法； 3•掌握紫外分光光度计的测试原理。 二、TiO2光催化简介 1•光催化反应原理 自从1972年日本学者Fujishima和Honda在n型半导体TiO2单晶电极上实现了水的光电催化分解制氢气以来，多相光催化技术开始引起世界各行各业科技研究者的极大关注。半导体多相光催化技术作为一种环境友好型的新型催化技术，在环境治理、新能源开发以及有机合成等领域都有着广泛的应用。 TiO2是n型半导体，根据固体能带理论，TiO2半导体的能带结构是由一个充满电子的低能价带(valenceband，V.B.)和空的高能导带(conductionband，C.B.)构成。价带和导带之间的不连续区域称为禁带(禁带宽度Eg)。TiO2(锐钛矿)的 Eg=3.2eV,相当于387nm光子的能量。当TiO2受到波长小于387nm的紫外光照射时，处于价带的电子就可以从价带激发到导带(e-)，同时在价带产生带正电荷的空穴(h+)，从而形成电子-空穴对。当光生电子和空穴分别扩散到催化剂表面时，和吸附物质作用后会发生氧化还原反应。其中空穴是良好的氧化剂，电子是良好的还原剂。大多数光催化氧化反应是直接或间接利用空穴的氧化能力。空穴一般与TiO2表面吸附的H2O或OH-离子反应形成具有强氧化性的氢氧自由基OH・，它能够无选择性氧化多种有机物并使之彻底矿化，最终降解为CO2、H2O等无害物质。而光生电子具有强的还原性可以还原去除水体中的金属离子。 光催化过程的基本反应式如下： TiO2+hv(>TiO2的禁带宽度3.2eV)—h++e- TiO 2光催化氧化机理 TiO 2属于一种n 型半导体材料，它的禁带宽度为3.2ev （锐钛矿）,当它受到波长小于或等于387.5nm 的光(紫外光)照射时，价带的电子就会获得光子的能量而越前至导带，形成光生电子（e -）;而价带中则相应地形成光生空穴(h +)，如图1-1所示。 如果把分散在溶液中的每一颗TiO 2粒子近似看成是小型短路的光电化学电池，则光电效应应产生的光生电子和空穴在电场的作用下分别迁移到TiO 2表面不同的位置。TiO 2表面的光生电子e-易被水中溶解氧等氧化性物质所捕获，而空穴h +则可氧化吸附于TiO 2表面的有机物或先把吸附在TiO 2表面的OH -和H 2O 分子氧化成 ·OH 自由基，·OH 自由基的氧化能力是水体中存在的氧化剂中最强的，能氧化水中绝大部分的有机物及无机污染物，将其矿化为无机小分子、CO 2和H 2O 等无害物质。 反应过程如下： 反应过程如下： TiO 2 + hv → h + +e - (3) h + +e - → 热能 （4） h + + OH- →·OH (5) h + + H 2O →·OH + H + (6) e- +O 2 → O 2- （7） O 2 + H+ → HO 2· (8) 2 H 2O ·→ O 2 + H 2O 2 (9) H 2O 2 + O 2 →·OH + H + + O 2 (10) ·OH + dye →···→ CO 2 + H 2O (11) H + + dye →···→ CO 2 + H 2O (12) 由机理反应可知,TiO 2光催化降解有机物，实质上是一种自由基反应。 Ti02光催化氧化的影响因素 1、 试剂的制备方法 常用Ti02光催化剂制备方法有溶胶一凝胶法、沉淀法、水解法等。不同方法制 TiO2光催化原理及应用 一.前言 在世界人口持续增加以及广泛工业化的过程中，饮用水源的污染问题日趋严重。根据世界卫生组织的估计，地球上22% 的居民日常生活中的饮用水不符合世界卫生组织建议的饮用水标准。长期摄入不干净饮用水将会对人的身体健康造成严重危害, 世界范围内每年大概有200 万人由于水传播疾病死亡。水中的污染物呈现出多样化的趋势，常见的污染物包括有毒重金属、自然毒素、药物、有机污染物等。常规的饮用水净化技术有氯气、臭氧和紫外线消毒以及过滤、吸附、静置等，但是这些方法对新生的污物往往不是非常有效，并且可能导致二次污染。包括我国在内世界范围内广泛应用的氯气消毒法，可能在水中生成对人类健康有害的高氯酸盐。臭氧消毒是比较安全的消毒方法，但是所需设备昂贵；而紫外线消毒法需要能源支持，并且日常的维护都需要专业的技术人员；吸附法一般需要消耗大量的吸附剂，使用过的吸附剂一般需要额外的处理。这些缺点限制了它们的应用范围，迫切需要发展一种高效、绿色、简单的净化水技术。 自然界中，植物、藻类和某些细菌能在太阳光的照射下，利用光合色素将二氧化碳（或硫化氧）和水转化为有机物，并释放出氧气（或氢气）。这种光合作用是一系列复杂代谢反应的总和，是生物界赖以生存的基础，也是地球碳氧循环的重要媒介。光化学反应的过程与植物的光合作用很相似。光化学反应一般可以分为直接光解和间接光解两类。直接光解为物质吸收能量达到激发态，吸收的能量使反应物的电子在轨道间的转移，当强度够大时，可造成化学键的断裂，产生其它物质。直接光解是光化学反应中最简单的形式，但这类反应产率一般较低。间接光解则为反应系统中某一物质吸收光能后，再诱使另一种物质发生化学反应。 半导体在光的照射下，能将光能转化为化学能，促使化合物的合成或使化合物(有机物、无机物)分解的过程称之为半导体光催化。半导体光催化是光化学反应的一个前沿研究领域，它能使许多通常情况下难以实现或不可能进行的反应在比较温和的条件下顺利进行。与传统技术相比，光催化技术具有两个最显著的特征：第一，光催化是低温深度反应技术。光催化氧化可在室温下将水、空气和土壤中有机污染物等完全氧化二氧化碳和水等产物。第二，光催化可利用紫外光或太阳光作为光源来活化光催化剂，驱动氧化－还原反应，达到净化目的，对净化受无机重金属离子污染的废水及回收贵金属亦有显著效果。 二.TiO2的性质及光催化原理 许多半导体材料(如TiO2，ZnO，Fe2O3，ZnS，CdS等)具有合适的能带结构可以作为光催化剂。但是，由于某些化合物本身具有一定的毒性，而且有的半导体在光照下不稳定，存在不同程度的光腐蚀现象。在众多半导体光催化材料中，TiO2以其化学性质稳定、氧化-还原性强、抗腐蚀、无毒及成本低而成为目前最为广泛使用的半导体光催化剂。 TiO2属于一种n型半导体材料，它有三种晶型——锐钛矿相、金红石相和板钛矿相，板 实验名称：TiO 2 光催化剂的制备和性能的研究 一、实验目的 1、了解纳米材料制备的一般原理及光催化降解典型有机污染物的原理 2、能独立设计实验方案（包括实验方法、主要仪器及试剂、主要实验步骤及实验装置等）。 3、掌握纳米材料的结构表征方法。 4、掌握光催化降解典型有机污染物的操作过程和催化性能的评价。 5、综合训练有关实验的基本操作技能。 二、实验原理 当光子能量高于半导体带隙能（如TiO2,其带隙能为3.2eV）的光照射半导体时，半导体的价带电子发生带间跃迁，即从价带跃迁到导带。从而使导带产生高活性的电子（e-）,而价带上则生成带正电荷的空穴（h+），形成氧化还原体系。对TiO2 催化氧化反应的研究表明，光化学氧化反应的产生主要是由于光生电子被吸附在催化剂表面的溶解氧俘获，空穴则与吸附在催化剂表面的水作用，最终都产生具有高活性的羟基自由基？OH。而?OH具有很强的氧化性，可以氧化许多难降解的有机化合物（R）。 纳米TiO2是目前应用最广泛的一种纳米材料，由于其表面的电子结构及晶体结构发生了与块状形态不同的变化，导致其具有特殊的表面与界面效应，小尺寸效应、量子尺寸效应以及宏观量子隧道效应等特性，因而具有一系列优异的物理化学性质，使其在很多方面得到广泛的应用。特别在环境领域，由于纳米TiO2 具有生物无毒性、光催化活性高、无二次污染等特点，使其成为新兴的环保材料。在大于其带隙能的光照条件下，TiO2光催化剂不仅能降解环境中的有机污染物生成CO2和出0,而且可氧化除去大气中低浓度的氮氧化物NO x和含硫化合物H2S、SO2等有毒气体。目前纳米TiO2作为光催化剂已得到广泛的研究和应用。 本实验采用共沉淀法制备纳米TiO2,对其进行结构和光吸收性质进行表征，并测定其光催化性能对罗丹明 B 的降解率。 三、主要仪器与试剂 纳米TiO2的应用与制备的研究进展 李俊 （中南大学化学化工学院应化0903班） 摘要本文主要介绍了纳米TiO2的制备方法的现阶段进展，从物理法，化学法，新型合成方法三方面介绍了国内外的研究进展，同时综述了纳米TiO2在传感器材料，催化剂载体，光催化剂、太阳能电池原料和紫外线添加剂等方面的应用。 关键词纳米粉体 TiO2化学法应用综述 1.前言 纳米技术是当今世界的研究前沿。纳米级的TiO2因其化学性高、分散性好、吸收紫外线能力强等，广泛用于化工、涂料、塑料、橡胶、纤维、造纸、油墨、搪瓷、电子等行业。对其研究比较深的主要有传感器材料、催化剂载体、光催化剂、处理水和空气中的污染物、杀菌、太阳能电池原料以及通过贵金属沉积、离子掺杂、染料敏化、半导体复合等方法来改变其光学性质这几方面。 TiO 2 俗称钛白粉，无毒、无味、无刺激性、热稳定性好。其晶相结构有四种：金红石（Rutile）、锐钛矿（Anatase）、板钛矿（Brookite）和无定形，其 中以金红石型和锐钛矿型TiO 2应用最为广泛[1]。这两种晶型的TiO 2 硬度、密度、 折光指数、光催化活性等都有所不同、两种晶型的相对含量对产品性能有较大的 影响。本文主要介绍纳米TiO 2 的制备和其应用的研究进展。 2.纳米TiO2的应用研究 2.1 传感器材料 TiO2作为敏感材料，制成传感器可检测H2、CO等可燃性气体和氧气。特别是用作汽车尾气传感器，通过测定汽车尾气的氧含量，可以控制汽车发动机的效 率。目前研制的电阻型TiO 2 半导体氧传感器，以其体积小、结构简单、价格便宜而受到人们的关注[2]。中南大学的李赛[3]将尿素酶(urease)固载于不同粒径 (5nm，25nm，2.4 p m)的TiO 2 膜上，在350℃，pH为7的条件下采用电位法研 究吸附在纳米多孔Ti0 2上的尿素酶的活性变化。在钛丝基体上沉积一层纳米TiO 2 多孔膜，然后直接将尿素酶吸附在Ti0 2膜上。基于Ti0 2 膜的pH响应，发展了 一种廉价的、易于微型化的pH敏尿素酶传感器。 2.2 催化剂载体 自1987年Taus研等发现某些金属与Ti0 2 载体之间具有强相互作用以来， 各国催化剂领域的学者多选用Ti0 2作为催化剂载体。闫华甫对Ti0 2 作为钴钼加 氢转化催化剂的载体进行了研究，发现用Ti0 2 作载体的催化剂，其活性高于以γ-Al2O3为载体的催化剂。朱正峰，赵毅[4]等人用纳米Ti02为催化剂载体原料， V 20 5 为催化荆，通过混合、球磨、干燥和焙烧等工艺制备选择性催化还原脱硝法 催化荆，研究了催化剂的制备工艺和催化性能。通过差热分析研究催化剂的相变和烧结温度，通过模拟烟气分析装置表征催化剂的催化性能。结果表明，加入 V 20 5 ，可略提高催化性能，以6％V 2 5 —94％Ti0 2 为配方的催化荆对NO的脱除率 纳米TiO2光催化材料的制备与应用 摘要：光催化技术可利用太阳能降解有机物，无二次污染，反应条件温和，具有“节能"和“环保"双重重要意义。光催化材料自诞生以来，在空气净化、杀菌、除臭、自清洁等方面有着非常重要的应用。本文主要从光催化材料的催化机理出发，介绍了TiO2光催化材料的制备方法和应用现状，并展望了光催化材料的发展前景。 关键词：光催化材料；催化机理；制备方法；应用；发展前景 Preparation and applications of nano TiO2 photocatalyst material Abstract:Photocatalytic technology is a promising way for its significance in energy-saving and environmental protection, which under relatively mild reaction condition can decomposes organic substances only by using solar energy without secondary pollution. From the birth of photocatalytic materials to now, its applications on air purification, sterilization, deodorization, selfcleaning are very important. This text mainly write from the catalytic mechanism of photocatalytic materials, introduces the preparation methods of TiO2photocatalytic material and its applications, and discussed the prospect of the development of this material. Keywords: TiO2 photocatalytic material; catalytic mechanism; preparation methods; applications; development potential 1．引言 光催化材料是由CeO2（70%-90%）、ZrO2（30%-10%）组成，形成ZrO2稳定CeO2的均匀复合物，外观呈浅黄色，具有纳米层状结构，在1000℃经4小时老化后，比表面仍较大，因此高温下也能保持较高的活性。它首次出现在1972年由Fujishima A．和Honda K．[1]在《Nature》上发表的一篇关于TiO2半导体光分解水产生H2和O2的报道。光催化材料的关键是高效光催化材料的制备与应用技术的开发，与其他半导体材料相比，纳米TiO2光催化材料的优点有：1)对紫外光的吸收率较高；2)具有优异的抗光腐蚀性和 纳米TiO2的的制备及性能应用LT 三、纳米TiO2的制备方法 1、气相法 1.1、物理气相沉积法(PVD) 将化合物、金属或合金在真空条件下或在惰性气体中，通过激光、电弧高频感应、等离子体等方法，使原料气化或形成等离子体，然后骤冷使之凝聚成微粒，这种方法称为物理气相沉积法。该法的特点是，在制备过程中不伴随化学反应，所制得的纳米TiO2粉体纯度高，颗粒大小分布均匀，尺寸可控，适合于生产高熔点纳米金属粒子或纳米颗粒薄膜；但对设备和技术要求高，纳米粒子回收率低、成本高[3]。 1.2、化学气相沉积法(CVD) 1)TiCl4气相氧化法 该法是使TiCl4气化后与O2在高温下进行气相氧化反应，反应式如下: TiCl4(g)+O2(g)=TiO2(g)+2Cl2(g) 该工艺的优点是自动化程度高，可以制备出优质的TiO2粉体。缺点是TiO2粒子遇冷结疤的问题较难解决；对设备要求高，技术难度大；在生产过程中排出有害气体Cl2，对环境污染严重。 2)钛醇盐气相水解法 该工艺最早由MIT开发，用来生产单分散球形TiO2纳米颗粒。钛醇盐蒸气和水蒸气分别由载气携带导入反应器，在反应器内瞬间混合快速进行水解反应，反应式如下： Ti(OR)4(g)+4H2O(g)=Ti(OH)4(s)+4ROH(g) Ti(OH)4(s)=TiO2·H2O(s)+H2O(g) TiO2·H2O(s)=TiO2(s)+H2O(g) 用该法制的纳米TiO2粉体纯度高、分散性好、团聚少、表面活性大，特别适用于精细陶瓷、催化剂材料、电子材料。该法是目前气相法制造纳米TiO2中使用最多的方法。该工艺的特点是操作温度较低、能耗小，对材质要求不高，并可以连续化生产。但工艺过程需瞬间完成，要求反应物料在极短的时间内达到微观上的均匀混合。因此，对反应器的类型、加热方式、进料方式均有很高的要求。 3)钛醇盐直接热裂法 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TiO2改性催化剂的制备及光催化应用毕业设计论文
光催化剂的制备
纳米TiO2光催化剂的制备研究
TiO2光催化
纳米二氧化钛的制备及光催化分析
TiO2纳米结构、复合及其光催化性能研究共3篇
TiO2纳米材料的制备及其光催化性能
二氧化钛光催化原理
TiO2光催化原理及应用
应化实验-纳米TiO2光催化剂的制备和性能的研究
纳米TiO2的制备与应用的进展
光催化材料---无机功能材料论文.
纳米TiO2的的制备及性能应用
纳米TiO2的制备方法