锐钛矿型纳米TiO_2在棉织物上的原位生长及其抗紫外线性能

第28卷　第2期2007年2月

纺　织　学　报Journal of T extile Research V ol.28　N o.2Feb.　2007

文章编号:025329721(2007)022*******

锐钛矿型纳米TiO 2在棉织物上的

原位生长及其抗紫外线性能

王明勇,毛志平,李芮

(东华大学生态纺织教育部重点实验室,上海　201620)

摘　要　室温条件下白色棉府绸织物二浸二轧自制的T iO 22S iO 2复合溶胶,于98～100℃水热处理20min 后晾干。织物的紫外线透过率和UPF 测定结果显示,复合溶胶整理后棉织物的紫外线防护性能大大提高。采用SE M 、AF M 和XRD 对整理后棉织物进行表征发现织物上有锐钛矿型纳米T iO 2生成,其粒径为30nm 左右。标准水洗实验证明,棉织物上原位生长的锐钛矿型纳米T iO 2与织物结合牢固,10次水洗后织物的抗紫外线性能没有下降,反而有所提高。

关键词　T iO 22S iO 2溶胶;水热处理;锐钛矿型;抗紫外线性能中图分类号:TS19515 文献标识码:A

I n 2situ grow th of anatase nano 2TiO 2on cotton fabric

and its UV screening property

W ANG Mingy ong ,MAO Zhiping ,LI Rui

(K ey Laboratory o f Science &Technology o f Eco 2Textile ,Ministry o f Education ,Donghua Univer sity ,Shanghai 201620,China )

Abstract The white cotton poplin was applied with T iO 22SiO 2s ol by double 2dip 2double 2nip method at room

tem perature ,followed by hot water (98～100℃

)treatment for 20min ,and then air 2dried.The testing of UV transmittance and ultraviolet protection factor (UPF )of the treated fabric showed that its UV screening property im proved significantly.The SE M ,AFM and XRD were used to characterize the T iO 2on the cotton fabric.It was observed that the size of anatase T iO 2on the cotton fabric was about 30nm.The standard test to washing showed that the nano T iO 2in 2situ growth on the cotton fabric had excellent fastness to washing ,and after 10washing cycles its UV screening property even enhanced instead of decreasing.K ey w ords T iO 22SiO 2s ol ;hot water treatment ;anatase ;UV screening property

收稿日期:2006-05-08 修回日期:2006-10-30

基金项目:教育部霍英东基金资助项目(91073);东华大学优秀青年教师、青年教师基金资助项目(10521020044065)

作者简介:王明勇(1976—

),男,助理研究员,硕士。从事纺织品功能整理的研究。毛志平,通讯作者,E 2mail :zhpmao @https://www.wendangku.net/doc/e08281748.html, 。 T iO 2具有优异的紫外屏蔽、红外吸收和光催化功能,被广泛应用于高级涂料、废水处理等领域。T iO 2有3种晶体结构:板钛矿型、锐钛矿型和金红石

型,其中以锐钛矿型光化学活性最好。锐钛矿型T iO 2超细粉体具有良好的电荷转移、电磁屏蔽能力,

且无毒、无特殊气味、对人体安全,应用锐钛矿型T iO 2超细粉体,可赋予纺织品抗菌、自清洁等特殊功

能,是纺织界的研究热点。将T iO 2超细粉体用于纺

织品功能整理通常有2种方法:1)制备T iO 2超细粉体并将其表面改性,然后将超细粉体添加到纺丝液中制备功能纤维;2)利用后整理的方式涂覆在织物上。但上述整理方法存在许多缺点,首先,利用传统的方法制备锐钛矿型T iO 2超细粉体能耗大,成本高;其次,超细粉体颗粒粒径小,比表面积大,表面能高,极易团聚,即便经过表面修饰后也不能彻底解决团聚问题;再者,T iO 2超细粉体加入纺丝液制备功能

纤维时,超细粉体大都被包裹在纤维内部,暴露在纤

维表面的非常少,通过后整理的方式将T iO

2涂覆在织物上时,树脂黏合剂也会对其形成包裹,由于不能充分暴露在空气中,其抗静电、抗菌除臭、自清洁等功能不能得到充分发挥[1];此外,T iO2超细粉体加入纺丝液制备功能纤维时,对纺丝和纺丝设备也会有影

响,后整理的方式将T iO

2

涂覆在织物上还存在涂层牢度对功能整理耐久性影响等问题。

针对超细粉体用于纺织品功能整理过程中存在的问题,近年来已有不使用黏合剂在纤维表面固着纳米功能层的研究报道。文献[1]用粒径小于500nm的ZnO悬浮液处理聚丙烯纤维,可使ZnO颗粒牢固地结合在纤维表面;或者将聚丙烯纤维用表

面活性剂处理后,先用ZnS O

4

溶液处理,再用NaOH 溶液处理,然后热水处理,可在纤维表面获得粒径小于100nm的ZnO颗粒,ZnO颗粒在纤维表面分布均

匀且结合牢固。文献[2-3]用T iO

2溶胶处理棉织

物,再经水热处理可在纤维表面生成纳米T iO

2。文献[4-5]用ZnO溶胶处理棉织物,再将其浸渍在醋酸锌和三乙醇胺的混合溶液中就可在纤维表面获得棒状纳米ZnO晶体,晶体的长度取决于浸渍时间的长短。文献[6-7]采用等离子体处理等手段,在羊毛、聚酰胺、涤纶或棉纤维表面引入—C OO-和

—O—O-等负离子基团后,将纤维在纳米T iO

2

分散

液中浸渍,可使T iO

2

结合在纤维表面。用多元羧酸对棉织物进行改性,将改性后的织物浸渍在纳米T iO2分散液中,利用纤维上—C OOH的螯合作用,可

将T iO

2固着在纤维的表面[8]。用T iO

2ΠSiO2复合溶

胶处理,可在棉纤维表面得到T iO

22SiO2晶体

[9]。文献[10]利用接枝在涤纶纤维表面的吡咯烷酮可以将

纳米级的银颗粒固着在纤维的表面。

为了克服将T iO

2

超细粉体用于纺织品功能整理过程中存在的诸多问题,本文参考文献[11]的方

法,制备了T iO

22SiO2复合溶胶,并将此复合溶胶浸轧棉织物晾干后,采用水热处理的方式在棉纤维表

面生成了与棉纤维结合牢固的锐钛矿型纳米T iO

2

,赋予织物良好的紫外线防护功能。

1　实　验

111　材　料

织物:白色纯棉府绸,面密度11614gΠm2,经密563根Π10cm,纬密263根Π10cm。

试剂:钛酸丁酯(CP,国药集团化学试剂有限公司),正硅酸乙酯(AR,国药集团化学试剂有限公司),无水乙醇(CP,常熟市杨园化工有限公司),浓盐酸(AR,平湖化工试剂厂),聚醚GE204(工业级,上海高桥石化)。

112　仪器与设备

8522型恒温磁力搅拌器(上海司乐仪器有限公司),S J5200超声波清洗机(上海洁净超声波设备厂),P2BO型RAPI D电动均匀轧车(LABORTEX C O. LT D,台湾),AAT CC标准洗衣机、烘干机(Whirlpool 公司,美国),UV21000F型紫外线防护系数测试仪(Labsphere公司,美国),NanoscopeⅣ型扫描探针显微镜(Digital Instrument公司),JS M25600LV型扫描电子显微镜(J E O L日本电子株式会社),D2MaxΠB型X 衍射仪(日本理学公司)。

113　TiO22SiO2复合溶胶的制备

将一定量的正硅酸乙酯(TE OS)加入到无水乙醇中,搅拌并逐滴加入一定浓度的盐酸水溶液,继续搅拌015h,使正硅酸乙酯先部分水解,之后缓慢滴加一定量的钛酸四正丁酯的乙醇溶液和聚醚GE204。滴加完毕后继续剧烈搅拌1h,陈化3h即可得到微蓝光透明的T iO

22SiO2复合溶胶。

114　棉织物处理及TiO2晶格化

将棉织物放入陈化一定时间的T iO

22SiO2复合溶胶中,超声波振荡5min,然后使用RAPI D电动均匀轧车二浸二轧复合溶胶(轧余率50%,由于复合溶胶不完全是一个水分散体系,体系中含有较多的有机溶剂乙醇,在轧车压力较高的情况下轧余率50%比较容易实现),浸轧溶胶的织物在室温晾干后再在沸水中处理20min,然后室温晾干。

115　性能测试

11511　织物紫外线防护性能

参考ASΠNZS4399,采用紫外线防护系数(UPF)测试仪测试整理前后织物的紫外线透过率和UPF值。

11512　棉织物表面TiO2形态分析

利用扫描电子显微镜(SE M)和原子力显微镜(AFM)分别对整理前后棉织物表面进行观察。11513　XR D物相分析

用X衍射测试仪分别对整理前后的棉织物进行物相分析。

11514　纳米TiO2与棉织物结合牢度测试

以标准水洗实验对织物抗紫外线性能的影响来

27纺织学报第28卷

评价纳米T iO 2与棉织物的结合牢度。耐水洗实验参考G B ΠT 8629—2001,在美国AAT CC 洗衣机、烘干机中进行。

2　结果与讨论

211　织物紫外线防护性能

图1为整理前后棉织物的紫外线透过率。可以看出,与未整理的棉织物相比,整理后的棉织物在整个紫外线波段的透过率都有大幅度下降,尤其是在UVC (200～280nm )和UVB (280～320nm )段,织物的紫外线透过率由原来的20%左右降到116%以下。从表1整理前后棉织物的平均紫外线透过率和UPF 数值也可看出,整理后棉织物的UPF 值由318增加到4718,UPF 等级由原来的0增加到45,属于极好防护级别。这说明经溶胶整理后的棉织物紫外线屏蔽性能大大提高了

。

注:a —空白棉织物;b —水热处理空白棉织物;

c —复合溶胶整理后水热处理的棉织物。

图1　T iO 22S iO 2复合溶胶整理对棉织物

紫外线透过率的影响

Fig.1　UV transmittance of the cotton fabric

finished with T iO 22S iO 2s ol

表1　整理前后棉织物的平均紫外线透过率和

平均UPF 的变化

T ab.1　The mean UV transmittance and UPF of the cotton

fabrics before and after finishing with TiO 22SiO 2sol

样品

平均紫外线透过率Π%

UVA UVB 平均

UPF UPF

等级

空白棉织物未水热处理

321022173180空白棉织物水热处理331225133160整理后棉织物

1216

112

4718

45+

212　棉织物表面TiO 2形态分析

棉织物用113所述的方法处理1次,尽管其紫

外线屏蔽性能有很大的变化,但用扫描电子显微镜(SE M )和原子力显微镜(AFM )观察织物表面,处理后织物和空白织物相比变化不大,说明经过1次处理,在纤维表面生成的T iO 2量不多。将棉织物用113所述的方法处理5次,再用SE M 和AFM 进行观

察,结果如图2、3所示

。

图2　T iO 22S iO 2复合溶胶整理前后棉织物的SE M 照片

Fig.2　SE M pictures of the cotton fabrics before finishing (a )

and after finishing (b )with T iO 22S iO 2s

ol

图3　T iO 22S iO 2复合溶胶整理前后棉织物的AF M 照片

Fig.3　AF M pictures of the cotton fabrics before finishing (a )

and after finishing (b )with T iO 22S iO 2s ol

从未整理棉织物的SE M 照片中(图2(a ))可清楚地看到:棉纤维中纵向沟槽表面上的杂质是没有退净的浆料;而整理后棉织物的SE M 照片中(图2(b ))棉纤维上有大量纳米尺度的颗粒,但由于复合溶胶是酸性的,经多次处理后棉纤维表面出现一些较大的裂缝。在溶胶膜AFM 三维形貌分析图3(b )中,可以清楚地看到大量近似球形的纳米粒子堆积在一起,粒径约为30nm 。这些都证明整理后棉织物上生成了大量的纳米级T iO 2粒子。

213　XR D 物相分析

对经113所述的方法整理1次的棉织物进行XRD 物相分析,XRD 图谱并未出现锐钛矿型T iO 2的

特征峰,这是由织物上T iO 2的量过少造成的。采用113所述方法,对棉织物重复处理5次,再对其进行XRD 分析,结果如图4所示。处理后棉织物的图谱中,在25°(001)、38°(004)、48°(200)、55°和63°突起的

37第2期

王明勇等:锐钛矿型纳米T iO 2在棉织物上的原位生长及其抗紫外线性能　

峰为锐钛矿T iO 2的一组特征峰,这说明浸轧在棉织物上的T iO 22SiO 2纳米复合溶胶经水热处理后,在织物上生成了结晶度较好的锐钛矿型T iO 2,这是因为在T iO 22SiO 2复合薄膜中,存在Si —O —T i 键,与T i —O —T i 交联结构中的T i —O 键相比,Si —O —T i 交联

结构中的T i —O 键不稳定,受水分子攻击后易水解断裂形成T i —OH 键,然后通过T i —OH 键聚合,使内部结构重新排列,可以形成锐钛矿型的T iO 2粒子[11-12]

。此外,水热处理也会使GE204从复合溶胶膜中溶出,使T iO 22SiO 2纳米薄膜具有多孔结构和更大的比表面积,促进薄膜内部锐钛矿型T iO 2粒子的生成

[13]

。

注:a —空白棉织物;b —整理后棉织物。

图4　T iO 22S iO 2复合溶胶整理前后棉织物XRD 分析

Fig.4　XRD spectra of the cotton fabrics before

and after finishing with T iO 22S iO 2s ol

214　TiO 2晶体与棉纤维的结合牢度

纳米T iO 2与织物是否具有良好的结合牢度是该项技术能否成功应用的关键,对经1次复合溶胶处理的棉织物进行耐水洗牢度实验。实验方法参考G B ΠT 8629—2001,在美国AA T CC 洗衣机、烘干机中进行,用

紫外线透过率和平均UPF 值来评价整理效果耐久性。水洗后织物的紫外线透过率和平均UPF 值分别如表2和图5所示。

表2　整理前后棉织物水洗后的平均紫外线透过率和平均UPF

T ab.2　The mean UV transmittance and UPF of the cotton

fabrics finished with TiO 22SiO 2sol after w ashing 样品

平均紫外线透过率Π%

UVA UVB 平均

UPF UPF

等级

未整理棉织物

3210221703180未整理棉织物水洗10次1412141205190整理后棉织物未水洗12161120471845整理后棉织物水洗1次6140196671550+整理后棉织物水洗5次4170189771250+整理后棉织物水洗10次

319

0182

8515

50+

由图5和表2可知,未整理棉织物水洗后,在250～400nm 波段紫外线的透过率有一定程度的降

低,但UPF 值变化很小,仅由水洗前的3184

上升到

注:a —未整理棉织物;b —未整理棉织物水洗10次;

c —整理后棉织物水洗1次;

d —整理后棉织物水洗5次;

e —整理后棉织物水洗10次。

图5　水洗对T iO 22S iO 2复合溶胶整理前后

棉织物紫外线透过率的影响

Fig.5　E ffect of washing on UV transmittance of the cotton fabrics before and after finishing with T iO 22S iO 2s ol

5190,UPF 等级依然是0。而表面生长有锐钛矿纳米T iO 2晶体的棉织物,水洗后紫外线防护功能不但没

有降低,反而随水洗次数的增加而提高。水洗1次后织物的UPF 值上升幅度较大,由4718跃升到6715,之后织物的UPF 值随着水洗次数的增加缓慢增大,水洗5次后为7712,水洗10次后UPF 值达到8515。这可能是因为:1)织物上纳米级的T iO 2吸附含有苯环的洗涤剂;2)水洗使T iO 2晶型变得更加完整;3)水洗将织物上的SiO 2等其它杂质洗除掉,使T iO 2完全裸露;4)水洗导致织物更加紧密。但不管

是什么原因,通过水洗实验可以充分证明,在棉织物

上低温原位生长的T iO 2与棉纤维有非常好的结合牢度,水洗不但不能降低其紫外线防护效果,反而使其防护效果更佳。

3　结　论

1)将制备的T iO 22SiO 2复合溶胶对棉织物进行

整理,水热处理一定时间,可在棉纤维表面获得结晶较好的锐钛矿型纳米T iO 2。

2)在棉织物上低温原位生长的纳米T iO 2晶体

可以使棉织物具有良好的紫外线防护功能,且与棉织物结合牢固。FZX B

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第2期王明勇等:锐钛矿型纳米T iO

2在棉织物上的原位生长及其抗紫外线性能　

纳米二氧化钛的性质及应用进展

纳米二氧化钛的性质及应用进展 牙膏工业2006年第3期 纳米二氧化钛的性质及应用进展 李志军王红英 (深圳职业技术学院工业中心518055) 摘要:纳米二氧化钛微粒具有大的比表面积,其表面原子数,表面能和表面张力随粒径的下降急剧增加,由于其尺寸的 细微化,表现出独特的物理和化学特性,导致纳米二氧化钛微粒的热,光,敏感特性和表面稳定性等方面不同于常规粒子,这 就使其在环境,信息,材料,能源,医疗与卫生等领域有着广阔的应用前景.综述了纳米二氧化钛的性质,并介绍了近年来纳 米二氧化钛的应用研究发展动态. 关键词:纳米粉体二氧化钛性质应用 纳米微粒是指颗粒尺寸在I—lOOnm的超细微 粒.由于纳米微粒具有了量子尺寸效应,小尺寸效 应,表面效应和量子隧道效应,因而展现出许多特有 的性质,在催化,滤光,光吸收,医药,磁介质及新材 料等方面具有广阔的应用前景.纳米二氧化钛因其 具有粒径小,比表面积大,磁性强,光催化,吸收性能 好,吸收紫外线能力强,表面活性大,热导性好,分散 性好,所制悬浮液稳定等优点,因此倍受关注,制备 和开发纳米二氧化钛成为国内外科技界研究的热 点….本文将介绍纳米二氧化钛的一些基本性质 及其主要的应用研究进展. 1纳米TiO的基本结构 二氧化钛是金属钛的一种氧化物,其分子式是 TiO.根据其晶型,可分为板钛矿型,锐钛矿型和金

红石型三种.其中锐钛矿型TiO属于四方晶系,其晶格参数仅0=37.85nm,C0=95.14nm.图1为 两种晶型单元结构图.锐钛矿型TiO的单元结 构中钛原子处于钛氧八面体的中心,其周围的6个氧原子都位于八面体的棱角处,有4个共棱边,也就是说,锐钛矿型的单一晶格有4个TiO分子.锐 钛型TiO的八面体呈明显的斜方晶型畸变,Ti—O 键距离均很小且不等长,分别为I.937×10.m和1.964×10.11'1,这种不平衡使TiO分子极性很强, 强极性使TiO表面易吸附水分子,使水分子极化而形成表面羟基. 这种表面羟基的特殊结合使其表面改性成为可 ●Ti oO 金红石型 (a)(b) 图1TiO2的两种晶型单元结构图[.】 能,它可作为广义碱与改性剂结合,从而完成对TiO2的表面改性. 2纳米TiO的表面性质 2.1表面超亲水性 目前的研究认为,在光照条件下,TiO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,TiO价带电子被激发到导带,电子和空穴向 TiO表面迁移,在表面生成电子空穴对,电子与 Ti反应,空穴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(表面羟基),化学 吸附水可进一步吸附空气中的水分,形成物理吸附

锐钛型二氧化钛与金红石型二氧化钛的区分

1、（锐钛型二氧化钛与金红石型二氧化钛）的区分 1.1 方法 利用X射线衍射仪得到XRD图谱进行分析 1.2用到的仪器 X射线衍射仪 X射线产生原理： 高速运动的电子与物体碰撞时，发生能量转换，电子的运动受阻失去动能，其中一小部分（1％左右）能量转变为X射线，而绝大部分（99％左右）能量转变成热能使物体温度升高 1.2.1 X射线管的结构 阴极：又称灯丝(钨丝)，通电加热后便能释放出热辐射电子。 阳极：又称靶，通常由纯金属制成(Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Mo,Ag, W等)，使电子突然减速并发射X射线。阳极需要水强制冷却。 窗口：是X射线射出的通道，维持管内高真空，对X射线吸收 较少，如金属铍、含铍玻璃、薄云母片 X射线管中心焦点

在X射线衍射中，总希望有较小的焦点（提高分辨率）和较强的X射线强度（缩短爆光时间）。 一般采用在与靶面成一定角度的位置接受X射线，这样可以达到焦点缩小，X射线相应增强的目的。 1.2.2 X射线特点

1.2.3理论基础：布拉格方程 1.2.4具体方法 用X射线衍射分析法中的粉末法来分析两种结构。 只有满足Bragg方程，才能产生衍射现象，因此用粉末法对测定的晶体样品，不改变λ,要连续改变θ。： ?用单色的X射线照射多晶体试样，利用晶体的不同取向来改变θ,以满足 Bragg方程。试样要求：粉末，块状晶体。 ?特点：试样容易获得，衍射花样反映晶体的全面信息。

粉末法：由于多晶体由无数取向无规的单晶组成，相当于单晶绕所有取向的轴转动，晶体内某等同晶面族{HKL}的倒易点，形成－相应倒易矢量ｇＨＫＬ为半径的倒易球。一系列的倒易球与反射球相交，其交集是一系列园，则相应的衍射线束分布于以样品为中心、入射方向为轴、上述交线园为底的园锥面上。 1.2.5 两者结构分析 晶胞结构的不同 金红石型二氧化钛及锐钛型二氧化钛结晶类型均为正方结晶，前者为R型，后者为A型。金红石型二氧化钛晶格结构致密，比较稳定，光化学活性小，因而耐久性由于锐钛型二氧化钛。另外，金红石型二氧化钛晶体结构是细长的成对的孪生晶体，每个金红石晶胞含有2个二氧化钛分子，以两个棱相连，这比锐钛型二氧化钛八面体的形式体积更小、结构更密，因而硬度和密度增大，介电常数和导热性增加，所以耐候性好，不易粉化 (a)金红石型 (b)锐钛型 金红石型和锐钛型晶胞中TiO2分子数分别是2和4。晶胞参数分别是：金红石型a：4．593A，c=2．959A；锐钛型a=3．784A，c=9．515^。金红石型二氧化钛比锐钛型二氧化钛稳定而致密，有较高的硬度、密度、介电常数及折射率，其遮

钙钛矿型催化剂催化氧化NO讲解

钙钛矿型催化剂La1-x Ce x CoO3对一氧化氮的氧化催化研究 摘要 本文介绍了在钙钛矿氧化物中的NO的氧化性能的研究La1-x Ce x CoO3 (x = 0, 0.05, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4)通过柠檬酸盐法合成钙钛矿型氧化物并以XRD, BETand XPS为特征。当使用铈替代催化剂时催化活性显著增强，并取得了当x=0.2时活性最大，但X越大活性会降低。分析表明，表面上吸附的氧对NO氧化成NO2起着重要的作用。在室温下，NO和O2共吸附层之下的表面化合物，通过红外光谱和TPD实验进行了研究。有三个品种形成在表明上分别是：桥接硝酸盐，次硝酸和单齿硝酸盐。热稳定性的顺序为：单齿硝酸盐> 次硝酸>桥接硝酸盐。其中，仅单齿硝酸盐在300摄氏度以上会分解，解除吸附变为NO2进入气相。当Ce的加入，单齿硝酸盐解脱吸附的温度变低，另外两个品种的吸附减少。这可能与表面上的钴的氧化状态有关。通过对表征结果和催化活性的数据的结合分析显示，大量吸附的氧，表面上少量的非活性化合物和较低的NO2接触吸附温度会有利于NO的氧化。 ＃2007爱思唯尔B.V.保留所有权利。 1 介绍 对NO x催化消除的广泛研究已进行了多年。然而，除去柴油发动机和过量氧气贫燃条件下的汽油发动机中的NO x仍然是一个挑战。在研制的几个NO X氧化环境转化的过程中NO2总是比NO更加受宠，例如NO x的储存和还原技术（NSR）[1]，为去除氮氧化物和烟尘的连续再生陷阱技术（CRT）[2]，选择性催化还原氮氧化物（SCR），尤其是某些N-所含物种如氨或尿素。[3-5]我们还发现，形成二氧化氮是在NO的SCR的碳氢化合物机制的重要一步[6.7]。一些研究人员也开发了几种更复杂的系统，例如'VHRO系统'（V= 对NO到NO2的氧化催化剂，H =水解催化剂，R = SCR催化剂，O =对NH3的氧化催化剂）[5]和IAR法（在氧化和还原剂的还原催化剂之间加入）[8]。在这些系统中，它们都在NO的氧化添加还原剂之前设置一个预催化剂，使还原剂的效率得到显著改善。总之，在一氧化氮氧化为二氧化碳的过程中放置催化剂是使人非常感兴趣的。 铂基催化剂是现在最常用于NO氧化的催化剂。Despre′s Joe¨l等，观察到铂/二氧化硅（2.5重量％）可在300摄氏度时转换约80％的NO为NO2[9]。并且当铂

单一相板钛矿TiO2的制备及光催化性能研究

Hans Journal of Nanotechnology纳米技术, 2019, 9(1), 10-16 Published Online February 2019 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/e08281748.html,/journal/nat https://https://www.wendangku.net/doc/e08281748.html,/10.12677/nat.2019.91002 Synthesis and Photocatalytic Properties of Single Crystalline Brookite TiO2 Yao Xie, Yunling Zou, Gaoshang Zhang, Gao Yan, Xiaoyi Wang, Jiaming Huang College of Science, Civil Aviation University of China, Tianjin Received: Jan. 20th, 2019; accepted: Feb. 7th, 2019; published: Feb. 14th, 2019 Abstract Single crystalline brookite TiO2 was synthesized by hydrothermal method using titanium chloride, urea and sodium lactate as starting materials. X-ray powder diffraction, Raman spectroscopy, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, Brunauer Emmett and Teller surface area analysis were utilized to characterize the as-synthesized sample. Photocatalytic ac-tivity of the as-synthesized sample was evaluated by photodegradation of methylene blue under ultraviolet light irradiation. Experimental results showed that brookite TiO2 nanosheets were ob-tained with the length of 60 - 80 nm and the width of 20 - 30 nm. The as-prepared single crystalline brookite TiO2 nanosheets showed high photocatalytic activity to methylene blue and the corres-ponding degradation rate of methylene blue (10 mg/L) reached to 94.5% after UV light illumina-tion for 40 min, much higher than that of P25 investigated under the same conditions (86.7%). Keywords TiO2, Brookite, Hydrothermal Method, Photocatalysis 单一相板钛矿TiO2的制备及光催化性能研究 谢耀，邹云玲，张高尚，晏杲，王小艺，黄珈铭 中国民航大学理学院，天津 收稿日期：2019年1月20日；录用日期：2019年2月7日；发布日期：2019年2月14日 摘要 以四氯化钛(TiCl4)、尿素、乳酸钠为反应物，采用水热法制备了单一相板钛矿TiO2。利用X射线衍射仪、

纳米二氧化钛的制备

纳米TiO2的制备方法 1 前言 20世纪80年代以前，纳米TiO2的研究开发目的主要是作为精细陶瓷原料、催化剂、传感器等，需求量不大，没有形成大的生产规模。80年代以后，开发的纳米TiO2用作透明效应和紫外线屏蔽剂，为纳米TiO2打开了市场，使纳米TiO2的生产和需求大大增加，成为钛白工业和涂料工业的一个新的增长点。 二氧化钛俗称钛白，是钛系最重要的产品之—，也是一种重要的化工和环境材料。纳米二氧化钛由于其具有粒径小、比表面积大、磁性强、光催化、吸收性能好、吸收紫外线能力强、表面活性大、热导性好、分散性好、所制悬浮液稳定等优点而倍受关注，制备和开发纳米二氧化钛已成为国内外科技界研究的热点之一。 日本、美国、英国、德国和意大利等国对纳米TiO2进行了深入的研究，并已实现纳米TiO2的工业化生产。目前全世界已经有十几家公司生产纳米TiO2，总生产能力估计在(6000～10000)t/a，单线生产能力一般为(400～500)t/a。根据莎哈里本公司统计，2003年全球纳米TiO2销售量仅为1800t左右，其消费量与产品应用见表1。近几年，有关纳米TiO2的新建装置已很少报道，主要是已建成装置的生产能力已远远超出市场的实际消费量，多数厂家处于开工不足或停产的状态。主要原因是目前国际上公认的纳米TiO2制备和应用技术还有待于提高，技术要点和难点主要表现在以下几个方面：①国际上纳米TiO2的价格为(30～40)万元/t，其成本大致是销售价格的2/5，原料和工艺路线的选择是降低生产成本的关键因素；②纳米TiO2的晶型和粒度控制技术；③金红石型纳米TiO2的表面处理技术；④纳米TiO2应用分散技术；⑤纳米TiO2应用功能的提升技术；⑥纳米TiO2产业化成套技术。由于以上条件的制约，使得纳米TiO2的应用和发展受到限制 1.1制备方法介绍 1.1.1溶胶凝胶法 溶胶凝胶法是一种较为重要的制备纳米材料的湿化学方法，主要包括4个步骤［1］：第一步，胶溶。Ti(OR)4与水不能互溶，但与醇、苯、等有机溶剂无限混溶，所以先配制Ti(OR)4的醇溶液（多用无水乙醇），再配制水的乙醇溶液，并向B中添加无机酸或有机酸作水解抑制剂（负催化剂），也可加，将A 和B按一定方式混合、搅拌得透明溶胶。第二步，溶胶凝一定量NH 3 胶转变制湿凝胶。第三步，使湿凝胶转变成干凝胶。第四步，热处理。将干凝胶磨细，在氧化性气氛中在一定温度下热处理，便可得到<100nm的TiO 。 2

纳米二氧化钛

纳米二氧化钛光催化性能的测试 一、实验导读 1.半导体光催化剂 半导体介于导体和绝缘体之间，在未激发的具有能带结构的半导体电子结构中，大多数电子处于价带内，而导带内则因能级较高处于电子缺乏状态。导带和价带的过渡区称为带隙或禁带，其能量之差被称为能隙或禁带宽度，用E g表示，E g的大小代表了价带电子跃迁至导带的难易程度。纳米TiO2等半导体的主要特征——宽禁带的存在，其优异独特的电、磁、光学等性质的表现也是由于它的存在而导致的。 宽禁带半导体其价带上的电子一旦受到一个具有高于其禁带宽度能量hv 的光照射后，能使其分子轨道中的电子(e-)离开价带(VB)跃迁到导带(CB)上，并在价带上产生相应的光生空穴(h+)，同时在导带上形成光生电子(e-)。在电场的作用下，两者发生分离，纳米半导体粒子因其尺寸很小，光激发产生的电子和空穴很快到达纳米粒子表面，导致原本不带电的粒子表面的二个不同部分出现了极性相反的二个微区——光生电子和光生空穴。价带空穴是良好的氧化剂，导带电子是良好的还原剂，在半导体光催化反应中，与吸附在催化剂表面的污染物分子发生氧化还原反应。 跃迁到导带上的电子和价带上的空穴可能重新复合，并产生热能或以辐射方式散发掉。但是当半导体光催化剂存在表面缺陷、合适的俘获剂、或者电场作用等因素时，电子和空穴的合并就得到了拟制。同时纳米半导体粒子所具有的量子尺寸效应使其导带和价带能级变为分立的能级，能隙变宽，使其电子-空穴对具有更正的价带电位和更负的导带电位，因而具有更高的氧化能力和还原能力。而且粒子越小，电子和空穴达到粒子表面的速度越快，电荷分离效果越好，电子与空穴复合几率反而越小，从而提高了纳米半导

纳米二氧化钛

纳米二氧化钛 1引言 纳米微粒是指尺寸为纳米量级的超微颗粒,它的尺度大于原子簇,小于通常的微粒,粒径一般在1～100 nm之间。由于纳米微粒有小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等基本特性,使得纳米微粒以及纳米材料具有常规微粒和常规材料没有的独特的光、电、磁、热以及催化性能。自从1984年Gleiter 等人关于纳米材料的报道以来,纳米材料以其优异的性能引起人们的普遍关注。 纳米TiO2 是一种附加值很高的功能精细无机材料。因其具备良好的耐侯性、耐化学腐蚀性、抗紫外线能力强、透明性优异等特点,被广泛应用于汽车面漆、感光材料、光催化剂、化妆品、食品包装材料、陶瓷添加剂、气体传感器及电子材料等。但由于纳米TiO2 大的比表面及较多的表面空键,在制备和应用过程中极易发生团聚,使其优异的性能得不到充分的发挥。近年来人们关于纳米TiO2 改性方面的工作已经做了很多,达到了改性的目的,现综述纳米TiO2 的性质与改性的关系及改性的方法和机理。 2TiO2 的基本结构 TiO2 是金属钛的一种氧化物,其分子式为TiO2。根据其晶型,可分为板钛矿型、锐钛矿型和金红石型三种。其中锐钛矿型TiO2 属于四方晶系,其晶格参数a 0 = 3. 785 ! , c0 = 9. 514 ! 。图1为锐钛矿型TiO2 的单元结构,钛原子处于钛氧八面体的中心,其周围的六个氧原子都位于八面体的棱角处,有四个共棱边,也就是说，锐钛矿型的单一晶格有四个TiO2 分子。锐钛型TiO2 的八面体呈明显的斜方晶型畸变, Ti—O键距离均很小且不等长,分别为1. 937 ! 和1. 964 ! , 这种不平衡使TiO2分子极性很强,强极性使TiO2 表面易吸附水分子并使水分子极化而形成表 1

钙钛矿型催化材料的制备

引言 (1) 1.钙钛矿型催化剂的结构 (1) 2.钙钛矿型催化材料的制备方法 (2) 2.1固相反应法 (2) 2.2共沉淀法 (2) 2.3非晶态配合物法 (2) 2.4溶胶－凝胶法 (2) 2.5机械混合法 (4) 2.6水热合成法 (4) 2.7燃烧合成法 (5) 结论 (7) 参考文献 (8) 致谢 (9)

钙钛矿型氧化物具有独特的物理性质(如铁磁性、铁电性、超导性、热导性、吸附性等)。更重要的是,由于钙钛矿型氧化物在元素组配和晶体结构方面具有灵活的可“化学剪裁”的设计特点使得此类材料在催化氧化、环境催化、催化加氢、加氢裂解、光催化、固体燃料电池及化学传感器等方面得到了广泛的研究和应用。钙钛矿型氧化物是一类完全氧化型催化材料,加之其化学结构的高温稳定性,使它们在煤、天然气和燃料催化燃烧等方面的应用日益受到重视,成为催化化学领域的研究热点，同时钙钛矿型催化材料的制备成为钙钛氧化物新的研究方向。 1.钙钛矿型催化剂的结构 钙钛矿最初是指以CaTiO3形式存在的无机矿物，后来就成为具有化学式ABO且与CaTiO3有相同晶体结构类型化合物的代称。结构与天然钙钛矿ABO3类似的稀土复合氧化物是目前研究较多的具有多种特殊物理化学性能的新型固体材料之一。 理想的钙钛矿型复合氧化物ABO3为立方结构，如图1所示。在这中，A位为半径较大的稀土金属离子，周围有12个氧阴离子配位，形成积，处于这些八面体所构成的空穴中心；B位为半径较小的过渡金属离子阴离子为6配位，B位过渡金属离子被八面体分布的氧所包围，；O位于立条棱的中心，见图1。钙钛矿稳定性主要来自于刚性的BO6八面体堆积伦(Madelung)能。在ABO3计量化合物中，为满足电中性要求，A n+、B m+是:n+m=6，但没有A的价态比B的高的化合物。这种配位型式和立方最密每个堆积球周的配位情况是相同的。因此要求B是优先选用八面体配位子。占据大十二面体间隙的A离子大小必须合适。这是由于十二面体和八境中，A和B的稳定性需要限制了A和B化合的可能性，并且在氧化物骨架中大的正离子，由于它要和氧负离子作立方最密堆积，所以A的大小应和氧的大小相当，B离子是小的离子，处于八面体配位之中。

水热法制备纳米二氧化钛

水热法制备纳米二氧化钛 一、实验目的 1、了解水热法制备纳米二氧化钛的原理、方法和操作 2、掌握根据实验原理选择实验装置的一般方法。 二、实验原理 TiO2，在自然界中存在三种晶体结构。金红石型、锐钛矿型和板钛矿型，其中金红石型和锐钛矿型。TiO2 矿型光催化活性最佳 二氧化钛的用途极为广泛,目前已经用于化工、环保、医药卫生、电子工业等领域。纳米二氧化钛具有良好的紫外线吸收能力,且具有很好的光催化作用,因而可以用做织物的抗紫外和抗菌的整理剂。 纳米二氧化钛制备原理如下: Ti(OC4H9)4+2H2O → TiO2+4C4H9OH 可分为两个独立的反应，即：Ti(OC4H9)4+xH2O →Ti(OC4H9)4-xOHx+xC4H9OH Ti(OC4H9)4-xOHx+Ti(OC4H9)4 → (OC4H9)4-xTiOxTi(OC4H9)4-x+x C4H9OH ,当x=4时水解完全,反应为可逆反应,因此在反应过程中保持足够量的水保证醇盐水解完全。 三、主要仪器与药品 1、仪器 60ml250ml100ml量 筒电子分 析天平, pH试纸。

2、试剂 钛酸丁酯(化学纯); 二乙醇胺、十二胺(化学纯); 氨水(稀释至30)、无水乙醇(分析纯),去离子水。 四、操作步骤 在盛有0.5g表面活性剂十二胺的烧杯中加入20ml二次蒸馏水, 在磁力搅拌下使之充分溶解(可以适当加热), 然后加入氨水调节pH值至10。迅速加入钛酸丁酯溶液(Ti(OC4H9)4使Ti4+的浓度为0.25mol/L,M=340.36), 搅拌30min,生成胶状沉淀。将杯中沉淀物放入水热反应器(内衬聚四氟乙烯的不锈钢高压锅)内, 置于烘箱中,120℃加热4h,取出水热反应器自然冷却至室温。取出生成物,分别用二次蒸馏水和无水乙醇洗涤, 洗至中性。在80℃下干燥,得到二氧化钛纳米晶体，称重，计算产率。 方法二： 称取5g钛酸四丁酯（CH3CH2O)4Ti）加入到装有1.0ml二乙醇胺的干燥的小烧杯中（100ml或50ml），加20ml 四丁酯溶解后，继续搅拌1h，形成无色透明溶胶。将溶胶转移到水热反应器(内衬聚四氟乙烯的不锈钢高压锅)内，置于烘箱中，180℃加热4h，取出水热反应器自然冷却至室温。取出生成物，分别用二次蒸馏水和无水乙醇洗涤，洗至中性。在80℃下干燥，得到二氧化钛纳米晶体称重，计算产率。

锐钛矿TiO2转变为金红石TiO2机制和性能

锐钛矿TiO2转变为金红石TiO2机制和性能 摘要：TiO2 是多相光催化研究中使用较多的一种材料。其在自然界存有3种不同的晶型：锐钛矿、金红石、板钛矿相。锐钛矿相转变为金红石相的过程是扩散相变。金红石是热力学稳定相, 锐钛矿是亚稳相, 并且从锐钛矿相到金红石相的相变是亚稳相到稳定相的不可逆相变。而煅烧时间与煅烧温度会影响其晶型的转变。在众多影响光催化性能的因素中，晶型是较为重要的一个因素。 关键字：锐钛矿、金红石、TiO2、相变、光催化 光催化降解是一门新型的并正在迅速发展的科学技术。研究表明，在适当的条件下，许多有机物污染物经光催化降解，可生成无毒无味的CO2、H2O及一些简单的无机物。目前，在光催化降解领域所采用的光催化剂多为N型半导体材料, 如TiO2、ZnO、Fe2O3、SnO2、WO3和CdS 等, 其中TiO2以其无毒、价廉、稳定和特殊的光、电性能等优点倍受人们青睐，成为最受重视的一种光催化剂[1]。 1.二氧化钛的结构 近年来, TiO2纳米材料制备、表征及改性一直是光催化研究领域的重点。同一种半导体可能具有不同的晶型，晶型的不同实际上就是组成物质的原子不同的空间构型有序的排布。二氧化钛是白色粉末状多晶型化合物, 自然界有锐钛矿型, 金红石型和板钛型三种晶 型结构, 但板钛型二氧化钛极不稳定且无实用价值[2]。所以目前的研究一般都主要为金红石相及锐钛矿相。TiO2晶体基本结构是钛氧八面体( TiO6)。钛氧八面体连接形式不同而构成锐钛矿相、金红石相和板钛矿相。锐钛矿型和金红石型均属于四方晶系，二者均可用相互连接的Ti06八面体表示，但八面体的畸变程度和连接方式各不不同。板钛矿型属正交晶系，一般难以制备，目前研究很少。如图1所示，金红石型（a）的八面体不规则，微显斜方晶；锐钛矿(b)呈明显的斜方晶畸变，对称性低于前者。从图2[3]中可以看出锐钛矿TiO2的Ti-Ti键长比金红石大，而Ti-O键比金红石小。 TiO2晶体基本结构——钛氧八面体有两种连接方式。如图3所示,分别为共边连接与共顶角连接。从图4[4]中可以看到锐钛矿中每个八面体与周围8个八面体相联(四个共边，四个共顶角)。金红石中的每个八面体与周围10个八面体相联(其中两个共边，八个共顶角)。 图1 金红石、锐钛矿和板钛矿的TiO6八面体结构

纳米二氧化钛简介

纳米二氧化钛 一、简介 纳米二氧化钛是金红石型白色疏松粉末，屏蔽紫外线作用强，有良好的分散性和耐候性。可用于化妆品、功能纤维、塑料、涂料、油漆等领域，作为紫外线屏蔽剂，防止紫外 线的侵害。也可用于高档汽车面漆，具有随角异色效应。 纳米级二氧化钛，亦称钛白粉。物理性质为细小微粒，直径在100纳米以下，产品外 观为白色疏松粉末。具有抗线、抗菌、自洁净、抗老化性能，可用于化妆品、功能纤维、 塑料、油墨、涂料、油漆、精细陶瓷等领域。 纳米二氧化钛主要有两种结晶形态：锐钛型（Anatase）和金红石型（Rutile）。金 红石型二氧化钛比锐钛型二氧化钛稳定而致密，有较高的硬度、密度、介电常数及折射率，其遮盖力和着色力也较高。而锐钛型二氧化钛在可见光短波部分的反射率比金红石型二氧 化钛高，带蓝色色调，并且对紫外线的吸收能力比金红石型低，光催化活性比金红石型高。在一定条件下，锐钛型二氧化钛可转化为金红石型二氧化钛。 二、分类 1.按照晶型可分为:金红石型纳米钛白粉和锐钛型纳米钛白粉。 2.按照其表面特性可分为：亲水性纳米钛白粉和亲油性纳米钛白粉。 3.按照外观来分：有粉体和液体之分，粉体一般都是白色，液体有白色和半透明状。 三、功能 纳米TiO2具有十分宝贵的光学性质，在汽车工业及诸多领域都显示出美好的发展前景。纳米TiO2还具有很高的化学稳定性、热稳定性、无毒性、超亲水性、非迁移性，且完全可以与食品接触，所以被广泛应用于抗紫外材料、纺织、光催化触媒、自洁玻璃、防晒霜、涂料、油墨、食品包装材料、造纸工业、航天工业中、锂电池中。 1.、杀菌功能 在光线中紫外线的作用下长久杀菌。实验证明，以0.1mg/cm3浓度的锐钛型纳米TiO2可彻底地杀死恶性海拉细胞，而且随着超氧化物歧化酶（SOD）添加量的增多，TiO2光催

纳米二氧化钛 简介

纳米二氧化钛 纳米二氧化钛，粉体作为化妆品的物理防晒添加剂，具有化学性质稳定、无刺激性、无致敏性、全面防护紫外线等优点。 Titanium dioxide is a light-sensitive semiconductor, and absorbs electromagnetic radiation in the near UV region. The energy diff erence between the valence and the conductivity bands in the solid state is 3.05 eV for rutile and 3.29 eV for anatase, corresponding to an absorption band at < 415 nm for rutile and < 385 nm for anatase。 简介 产品技术指标：TiO2%≥99.3% 粒径：15～50nm 物性数据 柔软，无嗅无味的白色粉末，遮盖力和着色力强，溶点1560～1580℃。不溶于水、稀无机酸、有机溶剂、油，微溶于碱，溶于浓硫酸。遇热变黄，冷却后又变白。 金红石型（R型）密度4.26g/cm3，折射率2.72。R型钛白粉具有较好的耐气候性、耐水性和不易变黄的特点，但白度稍差。 锐钛型（A型）密度3.84g/cm3，折射率2.55。A型钛白粉耐光性差，不耐风化，但白度较好。近年来发现纳米级超微细二氧化钛（通常为10～50 nm)具有半导体性质，并且具有高稳定性、高透明性、高活性和高分散性，无毒性和颜色效应。 概述： 纳米二氧化钛粉体作为化妆品的物理防晒添加剂，具有化学性质稳定、无刺激性、无致敏性、全面防护紫外线等优点。 纳米二氧化钛粒经约10-50nm，具有十分宝贵的光学性质。由于它的透明性和防紫外线能力高度统一，在防晒护肤、轿车面漆、高档涂料、油墨、塑料、精细陶瓷等方面获得了广泛的应用。同时它又是一种重要的半导体材料，各国都在投巨资争相研制，国际市场价20-25万元/吨。 纳米二氧化钛 一、纳米TiO2基本情况

纳米二氧化钛研究现状

纳米二氧化钛研究现状【摘要】 本文简述了纳米TiO 2的常见应用，纳米级TiO 2 的优良性能，特备是化学稳定性 及热稳定性等方面性质。重点综述了纳米TiO 2 常见制备方法，例如溶胶—凝胶法、气相法、液相法等。并阐述纳米TiO2的光催化性质及应用前景。 【关键词】 纳米TiO 2 ；溶胶—凝胶法；气相法；液相法；光催化 【正文】 一、前言 二十世纪纳米技术兴起并迅速发展，由于纳米材料的独特性质使它在科学技术领域占据重要地位。我们把粉体粒径小100nm 的粉体称作纳米粉体。纳米粉体具有宏观块材所没有的奇特性质，如量尺寸效应，宏观隧道效应等。这些奇 特的性质决定了纳米粉体的广阔运用前景。纳米粉体中纳米TiO 2 粉体目前在能源、化工、冶金、半导体材料、光催化材料、太阳能的储存与利用、光化学转换、 精细瓷等方面得到广泛应用，所以合成纳米TiO 2 已经成为人们广泛关注的热点。 纳米TiO 2 的制备方法有气相法、液相法。此两种方法各有其优缺点。气相法制 备的TiO 2 纳米粒径小，单分散性好但能耗大，成本较高。与气相法相比液相法 制备纳米TiO 2方法简单、易操作、成本低，但制备的TiO 2 纳米形貌不易控制。 本文综述了近年来制备纳米TiO 2 的常见方法，客观的分析和评价了各种方法的优缺点。 二、纳米TiO 2 的性能 纳米TiO 2有白色和透明状的两种颗粒，常见的TiO 2 粉体有金红石、锐钛矿、 板钛矿等3 种晶型。其中金红石和锐钛矿是四方晶系，板钛矿是正交晶系。纳米TiO 2 化学性能稳定，常温下几乎不与其它化合物反应，不溶于水和稀酸，在一定 条件下微溶于碱和热硝酸，纳TiO 2热稳定性也比较好。纳米TiO 2 的一个显著特点 是他具有半导体性质，它的禁带宽度较宽，其中锐钛矿为3.2eV，金红石为3.0eV， 当吸收一定波长的光子后价带中的电子就会被激发到导带，形成带负电的高活性电子e-，同时在价带上产生带正电的空穴h+ 三、纳米二氧化钛的制备 制备纳米TiO2的方法很多。根据物质的原始状态可分为：固相法、液相法、气相法；根据研究纳米粒子的学科可分为：物理方法、化学方法、物理化学方法；根据制备技术可分为：机械粉碎法、气体蒸发法、溶液法、激光合成法、等离子体合成法、射线辐照合成法、溶胶—凝胶法等。 3.1等离子体法 等离子体法是通过激活载气携带的原料形成等离子体，再加热反应生成超微粒子的方法。以TiCl 4 为原料，氢气为载气，氧气为反应气体，应用频率为2450MHz 的微波诱导可合成有机膜包裹的TiO 2 。1992年，日本东北大学采用等离子体（ICP）喷雾热解法以Ti的氯化物为原料制得了Ti的氧化物的超微粉。等离子体喷雾法是利用等离子体喷枪能产生50000K高温的特点，将这种喷枪的喷出物急骤冷却而生成纳米级的超微粒子。

纳米二氧化钛结构与光催化性能关系

纳米二氧化钛结构与光催化性能关系 XXX XXX 摘要纳米级二氧化钛由于具有无毒、化学稳定性好、比表面积大、成本低等优异性能深受科研工作者的关注。其所具有的光催化性能使其在降解大气及水体中污染物领域具有广阔前景。本文从纳米二氧化钛结构出发，阐述纳米二氧化钛光催化机理，并简要说明不同元素掺杂纳米二氧化钛后对其光催化性能的影响。 关键词纳米二氧化钛; 光催化; 结构; 掺杂 自1972年FuJiShima和HonclaIIJ发现TiO2单晶电极在紫外光照射下可分解水及Bard将光电化学理论扩展到半导体微粒光催化后，TiO2作为一种半导体光催化剂吸引诸多学者的研究。由于TiO2具有良好的化学稳定性、抗磨损性、较大的比表面积、无毒、成本低以及可以直接利用自然光等优点，利用TiO2光催化氧化法处理水中有机污染物等方面有广阔的应用前景。然而TiO2半导体光催化剂在实际应用中存在一些缺陷如：带隙较宽(E =3.2eV)，只有在λ小于387.5 nm的紫外光激发下价带电子才能跃迁到导带上形成光生电子和空穴分离，而紫外光在自然光中仅占3％～5％，因此对自然光的利用率不高。另外半导体载流子的复合率很高，导致光量子效率很低，提高TiO2纳米粒子的光催化效率是利用TiO2光催化剂的关键。为了改善TiO2的光催化性能，研究工作者关于TiO2的制备方法、掺杂、催化剂载体、热处理等方面做了许多研究，其中掺杂因其容易实现、效果明显、应用范围广泛，而成为研究热点。[1] 1、纳米二氧化钛结构及其光催化机理 1.1 二氧化钛晶型 纳米二氧化钛具有锐钛矿，板钛矿及金红石型结构，其中以锐钛矿型光催化性能最好。其晶胞结构如下（其中红色为O，白色为Ti）： 锐钛矿型： 板钛矿型：

纳米二氧化钛材料

《功能材料》期末考核题目：纳米二氧化钛材料的制备-结构-功能 姓名： 学号： 专业： 2013-2014年第二学期

1. 纳米二氧化钛的功能及特性 纳米材料指颗粒尺寸为纳米级的超细颗粒，其尺寸大于原子簇但小于微米级，一般介于1nm～100nm之间。纳米粒子因其尺寸小，比表面积大，表面原子数多，表面能和表面张力随离径的下降急剧增大而具有量子尺寸效应，小尺寸效应，表面效应和宏观量子隧道效应等不同于常规固体的光，热，电，磁等新特性。 纳米TiO2是一种新型的无机材料，粒径在10nm～50nm，相当于普通钛白粉的十分之一，与常规材料相比，纳米二氧化钛具有独特功能： (1)比表面积大， (2)磁性强，具有极强的吸收紫外线的能力。 (3)表面活性大， (4)热导性好， (5)分散性好，制得的悬浮液稳定， (6)奇特的颜色效应， (7)较好的热稳定性， (8)化学稳定性和优良的光学，电学，力学等方面的特性。 其中的锐钛矿具有较高的催化效率；金红石型结构比较稳定，具有较强的覆盖力，着色力和紫外线吸收能力。因此在催化剂载体，紫外线吸收剂，高效光敏剂，防晒护肤化妆品，塑料薄膜制品，水处理，精细陶瓷，器皿传感元件等领域具有广泛的用途。 纳米TiO2光催化杀菌是目前环境净化的研究热点。纳米TiO2光催化技术始于1972年Fujishima和Hondar做的关于光辐照二氧化钦可持续发生氧化还原反应的研究。1985年，Matasunaga等使用Ti/Pt 催化剂在近紫外光照射下6 0 —120 min内杀灭了水中的微生物。自此二氧化钛光催化杀菌的研究日益受到重视，研究对象也逐渐扩展至水体及空气中的病毒、细菌、真菌等。 纳米TiO 光催化氧化杀菌具有显著的优点: 2 (1)无需昂贵的氧化试剂，空气中的氧就可作为氧化剂； (2)二氧化钦催化剂价格低廉，无毒，化学及光化学性质稳定； (3)自然光中的紫外光就可作为光源激发催化剂，因此无需能源，系统维护费用低；

多晶二氧化钛纳米带的制备与表征

https://www.wendangku.net/doc/e08281748.html, 多晶二氧化钛纳米带的制备与表征* 商书芹，陈代荣，焦秀玲 山东大学化学与化工学院，山东济南，250100 cdr@https://www.wendangku.net/doc/e08281748.html, 摘要：本文以硫酸钛、TX-100、β-环糊精为原料，通过溶胶凝胶结合溶剂热技术制备了宽度约为10-20 nm，长度约为十几微米的二氧化钛纳米带。实验中通过XRD、TEM、HRTEM、IR、TG等技术对纳米带进行了详细的表征。与以往文献报道的单晶纳米带不同，该纳米带表现出典型的异质结构，由不同取向的金红石、锐钛矿与板钛矿结构TiO2纳米粒子组装而成。紫外可见吸收研究表明纳米带表现出明显的蓝移现象。 关键词：二氧化钛纳米带；溶胶-凝胶；溶剂热 1. 引言 在过去几十年中，随着全球环境的日益恶化，科学技术上对半导体光催化应用方面的研究兴趣正与日俱增，对与有毒、有害污染物的净化及某些病菌的消灭所用材料的相关研究明显增加，而光催化是一种有效的消除污染物的方式，自从1972年Fujishima和Honda发现半导体电极光解水的反应之后[1]，半导体光催化降解反应就引起了各国研究者的关注。 目前广泛研究的半导体光催化剂大多数都属于宽禁带的n型半导体化合物，如CdS, SnO2, TiO2, ZnO, ZnS, PbS, MoO3, SrTiO3, V2O5, WO3和MoSi等。其中TiO2、CdS和ZnO的催化活性最高，但CdS、ZnO在光照射时不稳定而产生有生物毒性，对环境有害的Cd2+和Zn2+，二氧化钛光催化材料催化活性高(吸收紫外光能力强，禁带和导带间能隙大，光生电子和空穴的还原性和氧化性强)、化学性质稳定(耐酸碱和光化学腐蚀)、对生物无毒，在可见光区无吸收，可制成白色块体或透明薄膜，来源丰富而成为当前应用最广且最具应用潜力的一种光催化剂[2-4]。 自从Wang等利用高温固气反应成功合成了氧化锌、氧化锡等一系列宽带隙半导体带状结构以来，不同化合物纳米带的合成成为许多科学工作者的研究重点[5]，人们利用气相法、液相法及气- 液-固技术（VLS）气相法结合合成了CdS[6]、CuO[7]、GaO[8]纳米带，而对于二氧化钛的纳米带的合成报道较少：Yuan等用二氧化钛粉体为前驱体在氢氧化钠水溶液体系水热处理合成了锐钛矿二氧化钛纳米带[9,10]，但过程相对复杂。本文以硫酸钛为原料，β-环糊精和TX-100形成的超分子自组装体作为形貌诱导剂，通过溶胶凝胶法结合水热处理，首次合成了二氧化钛多晶纳米带，利用XRD，TEM，TGA等手段对样品进行了表征，并对其光催化性质进行了表征。 *本论文得到高等学校博士学科点专项基金资助（040422065）。

纳米二氧化钛的作用

如对您有帮助，请购买打赏，谢谢您！ 1.纳米二氧化钛的作用 a)杀菌功能 用TiO2光催化氧化深度处理自来水，可大大减少水中的细菌数，饮用后无致突变作用，达到安全饮用水的标准。 b)防紫外线功能 纳米TiO2既能吸收紫外线，又能反射、散射紫外线，还能透过可见光，是性能优越、极有发展前途的物理屏蔽型的紫外线防护剂。 c)对氟里昂的降解功能 TiO2对于CFCl3的降解具有良好的光催化活性，用TiO2/WO3体系降解CFCl3，在100h内保持催化效率高于99.6%。 2.是否可以用作涂层添加物 人们常采用的防腐措施是在金属表面涂上一层防腐涂层，以防止腐蚀介质与金属基体的直接接触，从而减轻腐蚀纳米材料表面原子数所占的比例大，表面原子周围缺少相邻的原子，具有不饱和性质，在与其他组份作用时，在两个混合相之间产生很大的作用力，将很大程度地对材料增强增韧所以，以纳米材料作为添加剂制备涂料时，就涂膜本体而言，就像复合材料一样，被显著地增强增韧，纳米材料的加入将改善涂层中颜料和填料的体积填充致密度，减少毛细管作用，提高涂层对腐蚀介质的屏蔽作用；同时，涂料的流变特性及热稳定性也得以改善．比如纳米级二氧化钛粒子常被用作涂料的助剂，用以改善涂料的流变性，提高涂层的附着力、涂膜硬度、光洁度和抗老化性能。 3.效果如何 纳米材料能够提高涂层的一些性能，但是，必须严格控制其加入量，加量太多，一方面使其更难分散，从而导致其团聚量相对增多，影响其粉体与树脂的结合．另一方面，加量太少，使得没有足够纳米粉体与树脂结合，也将使其性能降低。 4.是否有这样的理论支持 北京化工大学材料科学与工程学院的徐瑞芬等人曾做过方面的研究 a)原材料 抗菌纳米二氧化钛，实验室自制；苯-丙（BC-102）乳液；钛白粉，R-901；煅烧高岭土；立德粉；滑石粉；分散剂；消泡剂；增稠剂；成膜助剂；乙二醇，化学纯； pH调节剂，AMP-95。 b)实验室制备方法 将水放入容器内，开启高速搅拌机，在低速下依次加入颜料分散剂、部分消泡剂、,AMP-95、成膜助剂，混合均匀后将纳米二氧化钛光催化剂和颜填料用筛慢慢地筛入叶轮搅起的旋涡中。加入颜填料后不久，研磨料渐渐变厚，此时要调节叶轮与调漆桶底的距离，使旋涡成浅盆状。加完颜填料后，提高叶轮转速，研磨至0.5h 后测定颜填料研磨细度。当细度合格后，即停止分散。过滤后，在低速下逐渐加入乳液，再加入另一部分消泡剂，调节到适宜pH值，然后用增稠剂溶液调整至适当黏度，搅拌均匀后出料。 5.二氧化钛的性能表征 进行纳米二氧化钛的结构表征通常所用的仪器有X光衍射仪(XRD) 、电子显微镜(包括透射型- TEM和扫描型- SEM) 以及比表面分析仪(BET)等。XRD 技术所能解决的第一个问题是根据谱图中衍射峰的宽度定性判断所检测物质(粉末或薄膜) 的粒径大小,因为同种晶体的粒径大小与其衍射峰的宽度成反比关系,这可用谢乐(Scherrer)公式加以解释, D = 0. 89λ/βcosθ,式中D 为平均粒径,λ为X 光光源波长,β为XRD 谱图中最强衍射峰的半高宽(单位为弧度) ,θ为半衍射角。同时,利用该公式也可估算出所测试

纳米二氧化钛研究现状

纳米二氧化钛研究现状 论文导读：综述了纳米TiO2的特性，包括纳米级TiO2常见的三种结构，化学稳定性及热稳定性等方面性质。重点综述了纳米TiO2常见制备方法，包括气相法、液相法。并讨论了液相法和气相法合成纳米级TiO2粉体的优缺点。关键词：纳米TiO2，气相法，液相法0．前言 二十世纪纳米技术兴起并迅速发展，由于纳米材料的独特性质使它在科学技术领域占据重要地位。我们把粉体粒径小于100nm的粉体称作纳米粉体。纳米粉体具有宏观块材所没有的奇特性质，如量子尺寸效应，宏观隧道效应等。这些奇特的性质决定了纳米粉体的广阔运用前景。纳米粉体中纳米TiO2粉体目前在能源、化工、冶金、半导体材料、光催化材料、太阳能的储存与利用、光化学转换、精细陶瓷等方面得到广泛应用，所以合成纳米TiO2已经成为人们广泛关注的热点。纳米TiO2的制备方法有气相法、液相法。此两种方法各有其优缺点。气相法制备的TiO2纳米粒径小，单分散性好但能耗大，成本较高。与气相法相比液相法制备纳米TiO2方法简单、易操作、成本低，但制备的TiO2纳米形貌不易控制。本文综述了近年来制备纳米TiO2的常见方法，客观的分析和评价了各种方法的优缺点。 1．纳米TiO2的性能 纳米TiO2有白色和透明状的两种颗粒，常见的TiO2粉体有金红石、锐钛矿、板钛矿等3种晶型。其中金红石和锐钛矿是四方晶系，板钛矿是正交晶系。纳米TiO2化学性能稳定，常温下几乎不与其它化合

物反应，不溶于水和稀酸，在一定条件下微溶于碱和热硝酸，纳TiO2热稳定性也比较好。纳米TiO2的一个显著特点是他具有半导体性质，它的禁带宽度较宽，其中锐钛矿为3.2eV，金红石为3.0eV，当吸收一定波长的光子后价带中的电子就会被激发到导带，形成带负电的高活性电子e-，同时在价带上产生带正电的空穴h+。 2. 纳米TiO2的制备方法 2.1 气相法 2.1.1 气相氢氧焰水解法 该法[1]是以精制的氢气、空气、氯化物(TiCl4)蒸气为原料。免费论文。按一定的配比放进水解炉进行高温水解，水解温度一般控制在1800℃，氢气与氧气在高温下反应生成气态水，气态水与TiC14 在高温下反应生成TiO2 一次颗粒，这些生成的一次颗粒烧结后变成TiO2 纳米粒子。 其化学反应式为：TiCl4(g) + H2(g)+ O2(g) TiO2(s)+ HC1(g)； 气相氢氧焰水解法制备纳米TiO2的反应机理为： 氧化反应：H2 + O2H2O； TiCl4的水解反应：TiCl4 + H2OTiO2 + HCl； TiCl4 + O2TiO2 + C12； 一次氧量的控制对TiO2颗粒的晶形有显著影响。如一次氧含量较高时，金红石的含量很低，锐钛的含量较高；一次氧气含量较低时则相反。此外晶格的缺陷浓度，氢气的体积浓度也会影响TiO2的晶体结构。该工艺生产纳米TiO2得到的纳米度极高，缺点是工艺复杂条件