纳米TiO_2光催化材料的研究现状及展望.pdf

2004年2月沈阳航空工业学院学报Feb.2004
第21卷第1期JournalofShenyangInstituteofAeronauticalEngineeringVol.21No.1

文章编号:10071385(2004)01004303

纳米TiO2光催化材料的研究现状及展望

郭旭侠1宋明凯2丑修建1陈庆华1
(1.昆明理工大学材料与冶金工程学院,云南昆明650093;2.沈阳航空工业学院,辽宁沈阳110034)

摘要:评述了纳米TiO2光催化材料的发展概况、光催化降解原理及特点,纳米二氧化钛光催化

材料粉末及薄膜的一些主要制备方法。介绍了TiO2光催化材料的几种应用研究以及所要克服的
技术难点,并对今后的发展方向作了展望。
关键词:光催化;溶胶凝胶法;自清洁材料;抗菌材料
中图分类号:TQ171.73文献标识码:A

随着社会发展和人们生活水平的提高,环境导带,从而产生具有极强活性的电子-空穴对:
+1
污染越来越受到人们的关注,室内外空气污染、水TiO2TiO2(he)这些电子-空穴对迁移到表
污染、土壤污染等日益影响到人们的健康及正常面后,可以参加氧化还原反应,加快光降解反应。
生活。利用半导体材料的光催化性能在室温条件这些反应包括:
下就可将许多化学法和生物法无法去除的有机物所产生的电子-空穴可将吸附在二氧化钛表面的
完全分解为二氧化碳和水,且不造成二次污染,它羟基和水分子氧化为OH-自由基:
可用太阳光和荧光灯中含有的紫外光作激发源,Ti4++OH+h+Ti4+OH
4++4++
利用太阳能来净化环境。半导体光催化剂不仅能Ti-H2O+hTiOH+H
降解环境中的有机物,而且可氧化去除大气中的项目资助:云南省二层次人才培养项目溶胶
[1-4]
氮氧化物和SO2等有毒气体。另外,半导体-凝胶制备梯度材料编号:20034缔合在四价钛
催化剂还具有杀菌、除臭、防污等功能。离子表面的OH自由基为强氧化剂,能够氧化相
由于TiO2本身具有催化活性高、化学稳定性邻的有机物,也可以扩散到液相中氧化有机物,许
好、价格低廉、使用安全及制备的薄膜透明等特多有机物也可被空穴所氧化。吸附在二氧化钛表
点,作为新一代净化材料它已得到广泛应用。近
面的氧气可以通过捕获电子,形成过氧负离子而
年来,TiO光催化薄膜得到广泛的研究,TiO光催
22阻止电子与空穴的复合进而提高其氧化反应活
化薄膜已在多种基材如陶瓷、玻璃、不锈钢、纤维、
纸、木材、无织布、塑料、树脂板等表面得到应用,性:
--
有效利用生活空间里的微弱紫外光源和TiO2透明O2+eO2
薄膜共同组成的光催化体系已成为一个倍受关注过氧化氢能够单独或与过氧离子作用或捕获电子
[5,6]
的领域。本文结合作者用溶胶凝胶法制备而产生羟基自由基:
氧化钛薄膜的研究,综合论述了纳米TiO2光催化
H2O22OH
材料的降解机理及研究现状,并指出目前纳米-
H2O2+O2OH+OH+O2
TiO2光催化材料存在的问题和未来发展趋势。
-
H2O2+eOH+OH
[7]
1TiO2光催化降解的基本原理因此,在光催化反应过程中,抑制电子-空穴的复
合是关键步骤。
TiO2是一种n型半导体,其带隙能为3.2eV,
相当于光子的能量。当受到波长小于
387.5nm2纳米TiO2的制备
387.5nm的紫外光照射时,价层电子会被激发到
目前,TiO2光催化材料的存在形式有两种,一
[8]
收稿日期:20031022种是纳米TiO2粉体,另一种是TiO2薄膜。由于
作者简介:郭旭侠(1976),女,陕西西安人,在读硕士纳米粉体具有易失活、易凝集、难回收等缺点,使
其在实际应用中成本高、浪费大。因此,现在研究
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较多的是TiO2薄膜光催化材料。制备TiO2薄膜的工艺流程。

2.1纳米TiO2粉体的制备方法
(1)物理法物理法即利用物理方法来获得
纳米粉体,常用的有构筑法(如气相冷凝)和粉碎
法(如高能球磨法)[9]。(2)化学法常见的制备
纳米粉体的化学法有:沉淀法、水解法、喷雾法、氧
化还原法、激光合成法、水热法、溶胶凝胶法、
沉淀解胶法及火花放电法。在化学法中又以溶胶
-凝胶法最为成熟,该法利用了凝胶的优良分散
图1液相沉积法制备TiO2薄膜的工艺流程
性及凝胶的最终热处理过程所得产物的颗粒均
,(2)溶胶凝胶法溶胶凝胶(Sol-gel)法
匀性,可有目的地控制产物的粒径。表1比较了是20世纪60年代发展起来的制备玻璃、陶瓷等无
[10-15]
几种化学法制备纳米粉体的方法。机材料的新工艺,此