納米材料與納米tio2的制備

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1、TiO2是一種重要的無機(jī)功能材料，在許多領(lǐng)域內(nèi)都有廣泛的應(yīng)用前景。例如用作太陽能電池[1]、電子陶瓷、濕度傳感器、高級(jí)涂料和防曬化妝品等。隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的關(guān)注，TiO2作為光催化材料一直是近年來材料科學(xué)和催化化學(xué)研究的熱點(diǎn)[2-4]。納米級(jí)的TiO2由于其粒徑小，表面活性高，具有獨(dú)特的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和量子效應(yīng)，成為光催化的首選材料．納米TiO2能有效減少光生電子和光子的復(fù)合，增強(qiáng)TiO2的氧化還原能力。同時(shí)納米TiO2巨大的表面能，可以將反應(yīng)物吸附在其表面，有利于催化反應(yīng)的進(jìn)行。而且TiO2無毒，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，對(duì)許多細(xì)菌具有殺菌作用，是環(huán)保型催化劑。納米粒子的制備方

2、法有多種，利用反相微乳液作為媒介制備納米TiO2已引人們的日益重視[5-6]。反相微乳液（W/O型）是在表面活性劑作用下，由水相高度分散在油相中形成熱力學(xué)穩(wěn)定的體系．油水界面上表面活性劑形成有序組合體，水核被表面活性劑單分子層包圍，類似于“微型反應(yīng)器”，是制備納米粒子理想的媒介。在反相微乳液中，適當(dāng)控制反應(yīng)條件可以大大降低粒子間的團(tuán)聚，得到粒徑均勻的納米粒子。Chhabra等[7]以氨水與TiCl4為原料，在反相微乳液中反應(yīng)制備納米TiO2，粒子粒徑在20-30nm，但是粒子團(tuán)聚比較嚴(yán)重。本文采用Gemini/環(huán)己烷/氨水微乳液體系中溶解鈦酸正丁酯（TNB）制備了粒徑小、分散均勻的T

3、iO2納米粒子，并考察了水與表面活性劑摩爾比和鈦酸正丁酯濃度等因素對(duì)粒子粒徑的影響。0文獻(xiàn)綜述0.1納米材料概述納米材料和技術(shù)是納米科技領(lǐng)域最富有活力、研究?jī)?nèi)涵十分豐富的學(xué)科分支。以“納米”來命名的材料出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代，它作為一種材料的定義把納米顆粒限制到1~100nm范圍。在納米材料發(fā)展初期，納米材料是指納米顆粒和由它們構(gòu)成的納米薄膜和固體?，F(xiàn)在廣義地說，納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料[8]。三維以下的納米材料可稱為低維納米材料[9-10]。若按形貌劃分，納米材料的基本單元可分為實(shí)心球、棒狀、線狀、管狀、須狀、空心球以及其它形

4、狀等納米粒子。由于納米材料的光學(xué)、電學(xué)等特性往往與其基本單元的形貌有關(guān)，因此，形貌控制合成就應(yīng)運(yùn)而生。納米材料的制備在當(dāng)前納米材料科學(xué)研究中占據(jù)極為重要的地位，其關(guān)鍵技術(shù)是控制材料的大小和形貌并獲得較窄的粒度分布。納米材料科學(xué)是原子物理、凝聚態(tài)物理、膠體化學(xué)、固體化學(xué)、配位化學(xué)、化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和表面、界面科學(xué)等多種學(xué)科交叉匯合而出現(xiàn)的新學(xué)科生長(zhǎng)點(diǎn)。由于納米材料尺寸小，可與電子的德布羅意波長(zhǎng)、超導(dǎo)相干波長(zhǎng)及原子玻爾半徑相比擬，電子被局限在一個(gè)體積十分微小的納米空間，電子運(yùn)輸受到限制，電子平均自由程很短，電子的局域性和相干性增強(qiáng)。尺度下降使納米體系包含的原子數(shù)大大降低，宏觀固定的準(zhǔn)連續(xù)能

5、帶消失了，而表現(xiàn)為分立的能級(jí)，量子尺寸效應(yīng)十分顯著，這使得納米體系的光、熱、電、磁等物理性質(zhì)與常規(guī)材料不同，出現(xiàn)許多新奇特性。過去通常把納米粉末的制備方法分為兩大類：物理方法和化學(xué)方法。如：液相法和氣相法屬于化學(xué)方法，而機(jī)械粉碎法則歸為物理方法。目前主要將納米粉末的制備方法分為氣相法、液相法和固相法三種。0.1.1納米材料的制備方法氣相法該方法利用金屬化合物蒸汽的化學(xué)反應(yīng)合成納米材料。其特點(diǎn)產(chǎn)品純度高，粒度分布窄。主要有以下幾種方法：(l)氣體冷凝法(2)活性氫—熔融金屬反應(yīng)法(3)濺射法(4)通電加熱蒸發(fā)法(5)激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉積(LI-CVD)(6)爆炸絲法液相法該法均以均相的

6、溶液為出發(fā)點(diǎn)，通過各種途徑使溶質(zhì)與溶劑分離，溶質(zhì)形成一定形狀和大小的顆粒，得到所需粉末的前驅(qū)體，熱解后得到納米微粒。主要有以下幾種方法:(l)沉淀法(2)噴霧法(3)水熱法(高溫水解法)(4)冷凍干燥法(5)溶膠-凝膠法(6)輻射化學(xué)合成法。固相法固相法是通過從固相到固相的變化來制備粉體，主要包括熱分解法、固相反應(yīng)法和機(jī)械粉碎法等。(l)熱分解法(2)固相反應(yīng)法(3)火花放電法(4)高能球磨法。0.1.2納米粉末的應(yīng)用當(dāng)粒子尺寸進(jìn)入納米量級(jí)時(shí)，由于其本身具有的量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，因而展現(xiàn)出許多特有的熱學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、表面活性及敏感性、光催化性等物理特

7、性以及吸附、分散和團(tuán)聚等化學(xué)特性。這些特性使得納米微粒和納米固體呈現(xiàn)許多奇異的物理、化學(xué)性質(zhì)，出現(xiàn)一些“反常現(xiàn)象”。因此在磁性材料、電子材料、光學(xué)材料、高致密材料及新材料的燒結(jié)、催化、傳感、陶瓷增韌等方面有廣闊的應(yīng)用前景，同時(shí)也將推動(dòng)基礎(chǔ)研究的發(fā)展。納米微粒由于尺寸小，表面能占的體積百分?jǐn)?shù)大，表面的鍵態(tài)和電子態(tài)與顆粒內(nèi)部不同，表面原子配位不全等導(dǎo)致表面的活性位置增加，這就使它具備了作為催化劑的基本條件。隨著粒徑的減小，表面光滑程度變差，形成了凹凸不平的原子