納米tio2的制備方法與應(yīng)用

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1、1.1納米材料的概述納米是英文namometer的譯音，是一個(gè)物理學(xué)上的度量單位，1納米是1米的十億分之一；相當(dāng)于45個(gè)原子排列起來的長度。通俗一點(diǎn)說，相當(dāng)于萬分之一頭發(fā)絲粗細(xì)。就像毫米、微米一樣，納米是一個(gè)尺度概念，并沒有物理內(nèi)涵。當(dāng)物質(zhì)到納米尺度以后，大約是在1—100納米這個(gè)范圍空間，物質(zhì)的性能就會(huì)發(fā)生突變，出現(xiàn)特殊性能。這種既具不同于原來組成的原子、分子，也不同于宏觀的物質(zhì)的特殊性能構(gòu)成的材料，即為納米材料。如果僅僅是尺度達(dá)到納米，而沒有特殊性能的材料，也不能叫納米材料。過去，人們只注意原子、分子或者宇宙空間，常常忽略這個(gè)中間領(lǐng)域，而這個(gè)領(lǐng)

2、域?qū)嶋H上大量存在于自然界，只是以前沒有認(rèn)識(shí)到這個(gè)尺度范圍的性能[2]。第一個(gè)真正認(rèn)識(shí)到它的性能并引用納米概念的是日本科學(xué)家，他們?cè)?0世紀(jì)70年代用蒸發(fā)法制備超微離子，并通過研究它的性能發(fā)現(xiàn)：一個(gè)導(dǎo)電、導(dǎo)熱的銅、銀導(dǎo)體做成納米尺度以后，它就失去原來的性質(zhì)，表現(xiàn)出既不導(dǎo)電、也不導(dǎo)熱。磁性材料也是如此，像鐵鈷合金，把它做成大約20-30nm大小，磁疇就變成單磁疇，它的磁性要比原來高1000倍。80年代中期，人們就正式把這類材料命名為納米材料[3]。在充滿生機(jī)的21世紀(jì)，信息、生物技術(shù)、能源、環(huán)境、先進(jìn)制造技術(shù)和國防的高速發(fā)展必然對(duì)材料提出新的需求，元件

3、的小型化、智能化、高集成、高密度存儲(chǔ)和超快傳輸?shù)葘?duì)材料的尺寸要求越來越小；航空航天、新型軍事裝備及先進(jìn)制造技術(shù)等對(duì)材料性能要求越來越高。新材料的創(chuàng)新，以及在此基礎(chǔ)上誘發(fā)的新技術(shù)。新產(chǎn)品的創(chuàng)新是未來10年對(duì)社會(huì)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)振興、國力增強(qiáng)最有影響力的戰(zhàn)略研究領(lǐng)域，納米材料將是起重要作用的關(guān)鍵材料之一[4]。1.2納米TiO2的概述鈦的氧化物——二氧化鈦，是雪白的粉末，是最好的白色顏料，俗稱鈦白。以前，人們開采鈦礦，主要目的便是為了獲得二氧化鈦。鈦白的粘附力強(qiáng)，不易起化學(xué)變化，永遠(yuǎn)是雪白的。特別可貴的是鈦白無毒。它的熔點(diǎn)很高，被用來制造耐火玻璃，釉料，琺瑯

4、、陶土、耐高溫的實(shí)驗(yàn)器皿等[5]。納米TiO2具有獨(dú)特的光催化性、優(yōu)異的顏色效應(yīng)以及紫外線屏蔽等功能,在光催化劑、化妝品、抗紫外線吸收劑、功能陶瓷、氣敏傳感器件等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。1.3納米TiO2的制備方法納米TiO2在光催化領(lǐng)域具有舉足輕重的地位，因此制備高光催化性能的納米TiO2一直也是光催化研究的重點(diǎn)內(nèi)容。納米TiO2的制備方法大致可以分為氣相法和液相法[6]。1.3.1氣相法氣相法是正在開發(fā)的一種優(yōu)良方法，多用于制備納米級(jí)別的粒子或薄膜，該法是使用鈦鹵化物、鈦有機(jī)化合物等在加熱條件下?lián)]發(fā)，經(jīng)氣相反應(yīng)使生成物沉淀下來。氣相法合成納米T

5、i02顆粒具有純度高、粒度細(xì)、分散性好、組分易于控制等優(yōu)點(diǎn)[7]。但是氣相法由于受能耗大、設(shè)備復(fù)雜、產(chǎn)品生產(chǎn)成本高、對(duì)設(shè)備材質(zhì)及工藝過程要求高等條件限制，在我國要實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，還要解決設(shè)備材質(zhì)及一系列制備的工程技術(shù)問題。?1.3.2液相法液相法是選擇可溶于水或有機(jī)溶劑的鈦鹽，使其溶解并以粒子或分子狀態(tài)混合均勻，再選擇一種合適的沉淀劑或采用蒸發(fā)、結(jié)晶、升華、水解等過程，將鈦離子均勻沉淀后結(jié)晶出來，再經(jīng)脫水或熱分解制得粉體。液相法具有合成溫度低、設(shè)備簡(jiǎn)單、易操作、成本低等優(yōu)點(diǎn)，是目前實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)上廣泛采用的方法。其中包括溶膠——凝膠法、水熱合成法、化

6、學(xué)沉淀法等。??20世紀(jì)70年代以來溶膠——凝膠法在玻璃氧化物涂層、功能陶瓷粉料、玻璃和陶瓷纖維，尤其是燒結(jié)方法難以制備的復(fù)合氧化物材料、高Tc氧化物超導(dǎo)材料等的合成中得到成功的應(yīng)用。該法制備的有機(jī)/無機(jī)納米復(fù)合材料，可用于改性無機(jī)玻璃、陶瓷及其它氧化物材料，也可用此方法以無機(jī)材料改性有機(jī)高聚物及復(fù)合膜的制備[8]。（1）溶膠——凝膠法溶膠——凝膠法具有化學(xué)均勻性好、純度高、化學(xué)計(jì)量比易控制、設(shè)備簡(jiǎn)單、易操作等優(yōu)點(diǎn)，是目前研究得較多的二氧化鈦制備方法。溶膠——凝膠法制備二氧化鈦粉體或薄膜基本原理是將金屬醇鹽或無機(jī)鹽在有機(jī)介質(zhì)中水解、縮聚反應(yīng)得到凝膠

7、，凝膠經(jīng)陳化、干燥、鍛燒制得所需材料。溶膠——凝膠法制備納米二氧化鈦粉體雖然具有化學(xué)均勻性好、純度高、易操作和成本低等優(yōu)點(diǎn)，但其不足是制樣需要的時(shí)間周期長；而且由于需要高溫鍛燒，導(dǎo)致粉體顆粒尺寸分布寬、易團(tuán)聚和比表面積低等，從而導(dǎo)致其光催化活性低[9]。因此，近幾年來，溶膠——凝膠法制備納米二氧化鈦粉體及其光催化性能的研究已經(jīng)很少見報(bào)道，但在制備納米二氧化鈦相關(guān)的薄膜時(shí)也還常用溶膠——凝膠法。（2）沉淀法?沉淀法是指在包含一種或多種離子的可溶性鹽溶液中，當(dāng)加入沉淀劑(如氫氧根、碳酸根、草酸根等)后，或于一定溫度下使溶液發(fā)生水解，形成不溶性的氫氧化物

8、、水合氧化物或鹽類從溶液中析出，并將溶劑和溶液中原有的陰離子洗去，經(jīng)熱分解或脫水即得到所需氧化物粉體的方法[10]。沉淀法