溶胶凝胶法制备二氧化钛

溶胶-凝胶法制备纳米二氧化钛及其性质研究

实验目的

1. 溶胶－凝胶法合成纳米级半导体材料TiO2

2. 复习及综合应用无机化学的水解反应理论，物理化学的胶体理论 3. 了解纳米粒性和物性

4. 研究纳米二氧化钛光催化降解甲基橙水溶液

5. 通过实验，进一步加深对基础理论的理解和掌握，做到有目的合成，提高实验思维与实验技能

实验原理

纳米粉体是指颗粒粒径介于1～100 nm之间的粒子。由于颗粒尺寸的微细化，使得纳米粉体在保持原物质化学性质的同时，与块状材料相比，在磁性、光吸收、热阻、化学活性、催化和熔点等方面表现出奇异的性能。

纳米TiO2具有许多独特的性质。比表面积大，表面张力大，熔点低，磁性强，光吸收性能好，特别是吸收紫外线的能力强，表面活性大，热导性能好，分散性好等。基于上述特点，纳米TiO2具有广阔的应用前景。利用纳米TiO2作光催化剂，可处理有机废水，其活性比普通TiO2(约10 μm)高得多；利用其透明性和散射紫外线的能力，可作食品包装材料、木器保护漆、人造纤维添加剂、化妆品防晒霜等；利用其光电导性和光敏性，可开发一种TiO2感光材料。如何开发、应用纳米TiO2，已成为各国材料学领域的重要研究课题。目前合成纳米二氧化钛粉体的方法主

摘要

二氧化钛（Tio2），多用于光触媒、化妆品，能靠紫外线消毒及杀菌，现正广泛开发，将来有机会成为新工业。TiO2可制作成光催化剂，净化空气，消除车辆排放物中25%到45%的氮氧化物，可用于治理PM2.5悬浮颗粒物过高的空气污染。

自20世纪80年代以来，纳米TiO2由于强的吸收和散射紫外线性能，作为优良的紫外线屏蔽剂，用于防晒护肤品、纤维、涂料等领域。本文分别采用沉淀法和溶胶凝胶法制备二氧化钛纳米颗粒，并对其形貌进行检测和分析。 关键词：二氧化钛 沉淀法 溶胶凝胶法 纳米 形貌 Abstract

titanium dioxide（TiO2）,usually used for photocatalyst、cosmetic，can disinfection and sterilization by ultraviolet light,now it developed widely,maybe become a new industry in the future.Tio2 can be made into photocatalyst,make the air clean,eliminate 25% to 45% oxynitride from

摘要

摘 要

一维二氧化钛纳米管由于其特殊的结构和优异的性能，在很多领域有重要的应用前景。二氧化钛纳米管的制备方法主要包括阳极氧化法、模板合成法以及水热合成等方法，其中阳极氧化法是一种简单制备高度有序二氧化钛纳米管阵列的重要方法。

本文在含氟的乙二醇电解液中采用恒压阳极氧化法在钛箔表面直接生成一层结构高度有序的高密度TiO2纳米管阵列。主要研究了阳极氧化条件(阳极氧化电压、反应时间、电解液组成)对制备TiO2纳米管阵列尺寸和形貌的影响, 探讨了多次氧化对纳米管形貌的改善。利用扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）对所得TiO2纳米管阵列的性能进行了测试分析。结果表明，TiO2纳米管为非晶态，在空气中经400℃退火处理转变为锐钛矿型，550℃退火开始出现金红石相态；TiO2纳米管的孔径主要由氧化电压决定，随阳极氧化电压的升高纳米管的孔径变大, 纳米管的长度随反应时间延长而增长；多次氧化可明显改善纳米管尺寸规整性, 孔径大小更均一。最后，根据测试结果对TiO2纳米管阵列的形成机理进行了简单分析。

关键词：二氧化钛纳米管 阳极氧化 稳压

摘要

摘 要

一维二氧化钛纳米管由于其特殊的结构和优异的性能，在很多领域有重要的应用前景。二氧化钛纳米管的制备方法主要包括阳极氧化法、模板合成法以及水热合成等方法，其中阳极氧化法是一种简单制备高度有序二氧化钛纳米管阵列的重要方法。

本文在含氟的乙二醇电解液中采用恒压阳极氧化法在钛箔表面直接生成一层结构高度有序的高密度TiO2纳米管阵列。主要研究了阳极氧化条件(阳极氧化电压、反应时间、电解液组成)对制备TiO2纳米管阵列尺寸和形貌的影响, 探讨了多次氧化对纳米管形貌的改善。利用扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）对所得TiO2纳米管阵列的性能进行了测试分析。结果表明，TiO2纳米管为非晶态，在空气中经400℃退火处理转变为锐钛矿型，550℃退火开始出现金红石相态；TiO2纳米管的孔径主要由氧化电压决定，随阳极氧化电压的升高纳米管的孔径变大, 纳米管的长度随反应时间延长而增长；多次氧化可明显改善纳米管尺寸规整性, 孔径大小更均一。最后，根据测试结果对TiO2纳米管阵列的形成机理进行了简单分析。

关键词：二氧化钛纳米管 阳极氧化 稳压

摘要

摘 要

一维二氧化钛纳米管由于其特殊的结构和优异的性能，在很多领域有重要的应用前景。二氧化钛纳米管的制备方法主要包括阳极氧化法、模板合成法以及水热合成等方法，其中阳极氧化法是一种简单制备高度有序二氧化钛纳米管阵列的重要方法。

本文在含氟的乙二醇电解液中采用恒压阳极氧化法在钛箔表面直接生成一层结构高度有序的高密度TiO2纳米管阵列。主要研究了阳极氧化条件(阳极氧化电压、反应时间、电解液组成)对制备TiO2纳米管阵列尺寸和形貌的影响, 探讨了多次氧化对纳米管形貌的改善。利用扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）对所得TiO2纳米管阵列的性能进行了测试分析。结果表明，TiO2纳米管为非晶态，在空气中经400℃退火处理转变为锐钛矿型，550℃退火开始出现金红石相态；TiO2纳米管的孔径主要由氧化电压决定，随阳极氧化电压的升高纳米管的孔径变大, 纳米管的长度随反应时间延长而增长；多次氧化可明显改善纳米管尺寸规整性, 孔径大小更均一。最后，根据测试结果对TiO2纳米管阵列的形成机理进行了简单分析。

关键词：二氧化钛纳米管 阳极氧化 稳压

纳米二氧化钛的制备及光催化

引言：

纳米二氧化钛是一种新型的光催化无机功能材料，由于其粒径在1~ 100 nm 之间, 具有粒径小、比表面积大表面活性高、分散性好等特点, 表现出独特的物理化学性质。它具有良好的透明性，紫外线吸收性及熔点低、磁性强、热导性强、高效、无毒、成本低和不造成二次污染等优点等奇异特性；还具有良好的抗菌作用，使用过程中不会发生自身损耗，而且资源丰富，价格低廉，因此在光催化降解废水中的有机物、涂料、精细陶瓷、塑料、催化剂、及化妆品等方面应用广泛，成为新型功能材料研究的热点之一。

1.纳米TiO2的制备

纳米TiO2的制备方法有很多, 归纳起来主要有固相法、气相法和液相法等其中气相法又包括化学气相沉积法和化学气相水解法等; 液相法包括溶胶凝胶法、胶溶法、醇盐水解法、沉淀法、水热合成法等。

(1).化学气相沉积法(CVD)

CVD法是利用挥发性金属化合物的蒸汽通过化学反应生成所需化合物。它包括单一化合物的热分解, 也包括通过两种以上物质之间的气相反应制备超细粉。该方法制备的超细粉纯度高,分散性好,粒度分布窄, 除能制备氧化物外, 还能制备碳化物、氮化物等非氧化物超细粉。Leszek W.achow ski等人利用CV

中文摘要

TiO2掺杂N的理论研究

摘要

本论文选取周期性平板模型，采用广义梯度密度泛函理论方法，使用CASTEP软件，对N掺杂锐钛矿型和金红石型的TiO2电子和光催化性能的进行了研究。分别计算了N位于Hollow ，N取代晶格氧，N取代晶格氧且表面有氧空位和N位于Hollow位且表面有氧空位四种N掺杂方式，讨论了掺杂造成的晶格缺陷,以及其能带结构发生的变化,带隙宽度的减小。计算结果表明四种掺杂方式带来的影响是不同的。通过分析态密度和能带边缘可知，发现N取代晶格氧时带隙变化并不大，而N在Hollow位和N位于Hollow位且表面有氧空位时带隙变化较大，当N取代晶格氧且表面有氧空位时，价带顶端和导带低端分别出现杂质带，使得带隙减小最大，光响应红移，光催化活性增强。 关键词：TiO2，N掺杂，电子结构，DFT，光催化

I

Abstract

Theoretical Study of N-doped TiO2

Abstract

Using density functional theory (DFT) calculation within the CASTEP code, we investigated the electronic structur

纳米二氧化钛

化

2004年第24卷增刊

工环保

EN I NMEN AL EC I N FCHEMICALIND

117

纳米二氧化钛的制备及其光催化应用进展

2宁艳春1，，蒲文晶2

（华东理工大学化工学院，上海2；1.00237中国石油吉林石化公司研究院，吉林吉林1）2.32021

［摘要］纳米二氧化钛是一种纳米功能粉体材料，主要用于高科技领域。近年来，人们对纳米二氧化钛进行了广泛的研究。首先介绍了纳米二氧化钛的制备方法，然后就其作为光催化剂的作用机理及其在水处理、空气净化、抗菌方面的应用进行了综合评述。［关键词］纳米二氧化钛；光催化剂；制备；应用［中图分类号］ 134

［文献标识码］A

［文章编号］（）1006-1878200407-0117-03

纳米材料以其特殊的性能和广阔的发展前景引起众多科学家的广泛关注。“纳米”本身是长度计量单位，也等于千分之一微1纳米等于十亿分之一米，米，大约是三、四个原子的宽度。纳米材料可以理解为包括纳米颗粒和纳米晶体等的材料。纳米材料以其独特的表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等性质，而呈现出许多奇异的物理、化学性质，使其在磁性材料、光学材料、催化剂材料和电子材料等众多领域具有重要的应用价值。

二氧化钛光催化废水处理

半导体多相光催化二氧化钛已经被证明是一有前途的水净化处理技术。它主要用于中低浓度废水处理，光催化材料是一种半导体材料，它具有光催化活性，能在紫外光甚至可见光照射下降解各类化学物质或杀灭细菌，例如纳米TiO2在光照射下产生强烈的氧化能力，可以把许多难分解的有毒有机污染物氧化分解为二氧化碳、水等无机物，并且反应条件温和，能耗不高，在太阳光下即可发生光催化反应，反应速度快，降解没有选择性，最可贵的是无二次污染。使得纳米二氧化钛在废水处理、大气净化、城市垃圾处理以及除臭杀菌等环保领域得到了广泛研究和应用。最优操作条件和降解途径随不同的主要药物产生的效果也不一样。本文主要讨论的是二氧化钛在各个领域的不同应用，给人类带来的各种好处，同时探讨纳米二氧化钛的光催化研究进展及制备纳米二氧化钛的不同方法。

关键词: 光催化降解；二氧化钛；废水处理

Titanium dioxide photocatalytic wastewater treatment

Semiconductor heterogeneous photocatalytic

titanium dioxide has p

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具有较高的催化活性，尤以锐钛矿型光催化活性[4]最佳。锐钛矿型和金红石型的晶型结构均由相互连接的TiO2八面体组成，两者的差别在于八面体的畸变程度和八面体间相互连接的方式不同。两种晶型结构如图1-1所示[5]

图1-1 TiO2 的晶体结构 a --金红石型；b --锐钛矿型

八面体间相互连接方式包括共边和共顶点两种情况，如图1-2所示：

图1-2 TiO2 结构单元的连接方式 a--共边方式；b--共顶点方式

锐钛矿型TiO2为四方晶系，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。金红石型TiO2也为四方晶系，晶格中心为Ti原子，八面体棱角上为6个氧原子，每个八面体与周围10个八面体相联（其中有两个共边，八个共顶角），两个TiO2分子组成一个晶胞，其八面体畸变程度较锐

钛矿要小，对称性不如锐钛矿相，其Ti–Ti键长较锐钛矿小，而Ti-O键长较锐钛矿型大。板钛矿型TiO2为斜方晶系，6个TiO2分子组成一个晶胞。

三种晶相以金红石相最稳定，而锐钛矿和板钛矿在加热处理过程中会发生不可逆的放热反应，最