纳米TiO2的的制备及性能应用.doc

纳米TiO2材料的制备及其应用

中文摘要：纳米TiO2是一种新型的无机材料，具有一定的光学性质、化学稳定性、热稳定性、无毒性、超亲水性等特性。文章综述了纳米TiO2的制备方法，主要包括气相法、液相法、固相法，分析了不同制备方法的优缺点。此外，介绍了纳米TiO2材料在杀菌材料、处理污水、废水、光催化分解水制氢、光诱导的亲水涂料和自清洁设备、太阳能电池电极等领域的应用。
关键字：纳米TiO2；制备；应用
Abstract:Asanewkindofinorganicmaterials,nano-TiO2hadveryvaluableopticalproperties,chemicalstability,thermalstability,nontoxicity,superhydrophilicandsoon.Differentmethodsforpreparingnano-TiO2wereintroduced,whichmainlyincludedgasphasemethod,liquidphasemethodandsolidphasemethodetc.Theadvantagesanddisadvantagesofthedifferentpreparationmethodswereanalyzed.Inaddition,theapplicationofnano-TiO2materialsasbactericidalmaterials,sewageandwastewatertreatment,hydrogenproductionbyphotocatalyticdecompositionofwater,photo-inducedhydrophiliccoatingsandself-cleaningdevicesandsolarcellelectrodeswasintroduced.
Keywords:nanometersizedTiO2；preparation；applications

一、前言
纳米TiO2是一种新型的无机材料，由粒子具有表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应等性质使得其晶体具有优异的特性。纳米TiO2在可见光区有较强的紫外光吸收能力、反射能力和散射能力，因此它可以广泛应用于防晒化妆品、光催化剂、高档涂料、人造纤维中。由于其具有非常好的催化性能，可应用于空气净化、除臭杀菌、污水净化等领域。同时TiO2纳米颗粒具有很好的亲油性和亲水性，可以制成防雾和自净化玻璃。另外TiO2微粒具有良好的耐候性、耐腐蚀性、较高的热稳定性和化学稳定性、高比表面积、无毒、易分散、易烧结和低熔点等独特性能，又被广泛应用于功能陶瓷、油墨、高性能涂料、半导体材料、太阳能电池等诸多领域[1]。文章综述了纳米二氧化钛的结构和各种制备方法，并对纳米二氧化钛的广泛应用进行了分析和阐述。
二、纳米TiO2结构
纳米TiO2有三种矿物形式：锐钛矿、金红石和板钛矿。锐钛矿相二氧化钛的结构属于四方晶系，其中每个八面体与周围8个八面体相连接（4个共边，4个共顶角），4个TiO2分子组成一个晶胞(图1-1（b）)，主要用于紫外光照射下的光催化剂。由于高电子迁移率、低介电常数和低密度，锐钛矿二氧化钛在太阳能电池应用中很受欢迎。金红石相二氧化钛也是四方晶系，Ti原子位于晶格中心，6个氧原子位于八面体的棱角上，每个八面体与周围10个八面体相连（其中有八个共顶角，两个共边），两个TiO2分子组成一个晶胞（图1-1（a））。金红石相在大多数的温度和压力下都比较稳定。作为催化剂来讲，金红石相二氧化钛的活性是非常低的，所以其主要用作涂料中的白色颜料。板钛矿二氧化钛属于斜方晶系，6个TiO2分子组成一个晶胞。因为板钛矿相晶体结构很不稳定，所以在自然界中存在比较稀少[2]。
三种晶相中金红石相是最稳定的，锐钛矿相和板钛矿相经过加热处理后会发生不可逆的放热反应，最终转变为金红石相。

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