浅谈二氧化钛

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1、浅谈纳米二氧化钛纳米二氧化钛（TiOj是一种重要的无机功能材料，由于其粒子具有表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应等性质；其品体具冇防紫外线、光吸收性好、随角异色效应和光催化等性能；而且它的耐候性、耐用化学腐蚀性和化学稳定性较好，因此纳米二氧化钛被广泛应用于光催化、太阳能电池、有机污染物降解、涂料等领域。但纳米二氧化钛也有一定的局限性，可在纳米二氧化钛中添加合适的物质（如树脂、聚苯胺、偶联剂、氟碳树脂等），对其进行改性。1.纳米Ti（）2的制备（纳米TiOz溶胶）纳米Ti（）2的制

2、备方法一般分为气相法和液相法。曲于气相法制备纳米TiO2有诸多缺点如:能耗大、成木高、设备复杂等，且条件苛刻，大大限制了其发展。液相法主要包括水解法、沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法、微乳液法、微波感应等离子体法等制备技术。而液相法能耗小、设备简单、成本低，是实验室和工业上广泛使用的制备方法。由于传统的方法不能或难以制备纳米级二氧化钛，而溶胶-凝胶法则可以在低温下制备高纯度、粒径分布均匀、化学活性大的单组分或多组分分子级纳米催化剂，在此仅介绍用溶胶-凝胶法制备纳米Ti02溶胶。溶胶一凝胶法制备纳米Ti

3、O2：是以钛的醇盐Ti（0R）2,（R为-CH、-CH、-CH等烷基）为原料。其主要步骤为：钛醇盐溶于溶剂屮形成均相溶液，以保证钛醇盐的水解反应在分了均匀的水平上进行，由于钛醇盐在水中的溶解度不大，一般选用醇（乙醇、丙醇、丁醇等）作为溶剂；钛醇盐与水发生水解反应，同时失去水和失醇缩聚反应，生成物聚集成lmn左右的粒子并形成溶胶；经陈化、溶胶形成三维网络而成凝胶；干燥凝胶以除去残余水分、有机基团和有机溶剂，得到干凝胶；干凝胶研磨后锻烧，除去化学吸附的超基和烷基团，以及物理吸附的冇机溶剂和水，得到纳米

4、TiO?粉体。因为钛醇盐的水解活性很高，所以需添加抑制剂来减缓其水解速度，常用的抑制剂冇盐酸、醋酸、氨水、硝酸等。但在制备过程屮要注意加水方式、水量、pH值、溶剂量、反应温度、样速度等因素对凝胶形成的影响。R=—GHj、一C3H7.—CqHg乙醇、丙薛.丁醇等

5、Ti（ORhfQH•搅拌丨水、水解反应腐胶陈化/I凝胶化I干燥一除水分、有机物干凝贬无定型二氧化钛除化学吸附的轻基和烷基团一I锻烧一去物理吸附的有机溶剂利水纳米二氧化钛图1溶胶一凝胶法合成纳米Ti02的工艺流程2.纳米Ti（）2的光催化的基

6、本原理TiO?之所以能够成为一种很好的光催化剂,是曲于其特有的能带结构造成的。Ti（）2满的价带和空的导带之间的禁带宽度（金红石型为3.0eV,锐钛型为3.2eV）,当吸收了波氏小于或等于387.5nm的光子后，它吸收的光子能量大于禁带宽度时,价带屮的电子就会被激发到导带，在导带形成高活性的电子（e「），同时在价带相应产生一个带止电的空穴（hj,即生成电了-空穴对。TiOz表面的空穴可以和吸附的水分子或疑基等发生一系列反应：Ti02+hv—>h^+e"H++20+h->•OH+H0?+e-—>•O

7、?-•oy+HJHO2•2HO2•—>O2+H2O2H2O2+•O2_->•OH+OH+O2有机物+•OH+02->CO2+H20+其他产物生成的疑基自由基（•OH）,超氧离子自由基（•OJ）具冇很强的氧化分解能力，能够将大部分有机物直接氧化为CO?、儿0和机矿化小分了。3.纳米TiOz的表面性质3.1表面超亲水性目前的研究认为，在光照条件下,TiOz表面的超亲水性起因于其表面结构的变化在紫外光照射下，价带屯子被激发到导带，电子和空穴向TiO2表面迁移，在表面生成电子空穴对，电子与Ti°反应,空穴

8、则与表面桥氧离子反应，分别形成正三价的钛离子和氧空位。此时,空气中的水解离吸附在氧空位中，成为化学吸附水（表而疑基），化学吸附水可进一步吸附空气屮的水分，形成物理吸附层。3.2表面轻基相对于其它金属氧化物，TiO2中Ti-O键的极性较大，表面吸附的水因极化发生解离，容易形成瓮基。这种表面轻基可提高TiO?作为吸附剂及各种载体的性能，为表面改性提供方便。3.3表面酸碱性二氧化钛用于涂料时，其表面酸碱性与涂料介质密切相关。在改性时常加入AKSi、Zn等金属氧化物，以形成新的酸碱点。3.4表面电性Ti0

9、2在干粉状态通常带有静电荷，在液态介质中因表面带有电荷就会吸附相反的电荷而形成扩散双电层，使颗粒有效直径增加，当颗粒彼此接近时，而使双电层间的斥力增加，有利于分散体系的稳定。4.纳米Ti02改性及其在涂料中的应用4.1纳米Ti02改性纳米Ti02表面活性强、颗粒间易发生I才I聚，乂由于其表面疏油亲水性能，导致在冇机物介质屮分散不均匀；其次，纯纳米TiOz的禁带较宽（3・2eV）,只在紫外光照射下才有光催化活性，没有可见光光催化活性，以及太阳光利用率低等缺点，其应用与功能受到制约。因