超细二氧化钛纳米棒的制备及光催化性能研究

纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能的研究【摘要】本文主要探讨了纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能研究。

首先介绍了研究背景和意义，随后详细阐述了纳米二氧化钛的合成方法和表征技术。

接着分析了纳米二氧化钛在光催化和光电领域的性能研究，并展望了其未来的应用前景。

本文通过系统的研究，总结出纳米二氧化钛在光催化和光电性能上的优势，并对未来的研究提出了展望，有望为相关领域的研究提供新的思路和方法。

【关键词】纳米二氧化钛、可控制备、光催化、光电性能、合成方法、表征技术、应用前景、研究背景、研究意义、未来展望、结论1. 引言1.1 研究背景纳米二氧化钛是一种在光催化和光电领域具有巨大应用潜力的材料。

随着环境污染和能源危机的日益加剧，人们对高效的清洁能源和环境治理技术的需求也与日俱增。

纳米二氧化钛具有优异的光催化性能和光电性能，因此成为了研究热点之一。

在过去的几十年里，研究人员对纳米二氧化钛的制备、表征以及其在光催化和光电领域的应用进行了广泛的研究。

通过控制纳米二氧化钛的形貌、晶相和杂质等方面的特征，可以有效地调控其光催化和光电性能。

研究纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能具有重要的科学意义和应用价值。

本文将综述纳米二氧化钛的合成方法、表征技术以及其在光催化和光电领域的研究进展，旨在深入理解纳米二氧化钛的性能和应用，为其在清洁能源和环境治理方面的应用提供理论基础和技术支持。

1.2 研究意义纳米二氧化钛是一种具有广泛应用前景的材料，具有优异的光催化和光电性能。

随着环境污染和能源稀缺问题日益突出，人们对纳米二氧化钛的研究越来越深入。

通过对纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能的研究，可以为环境修复、光催化水解和光电子器件等领域提供更多解决方案。

深入研究纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能具有重要的意义，不仅可以推动纳米二氧化钛在环境保护和能源领域的应用，还可以为相关领域的研究提供新的思路和方法。

《纳米结构二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能》篇一一、引言纳米技术已经对材料科学、化学、物理学和工程学等多个领域产生了深远影响。

其中，纳米结构二氧化钛（TiO2）作为一种重要的光催化剂和光电材料，其可控制备及其性能研究显得尤为重要。

本文旨在探讨纳米结构二氧化钛的可控制备方法，并对其光催化和光电性能进行深入分析。

二、纳米结构二氧化钛的可控制备（一）制备方法目前，制备纳米结构二氧化钛的方法主要有溶胶-凝胶法、水热法、气相法和物理气相沉积等。

这些方法都可以实现对二氧化钛纳米材料的可控制备，如控制其形貌、尺寸和晶体结构等。

其中，溶胶-凝胶法和水热法常用于制备高比表面积、晶型丰富的纳米材料，而气相法和物理气相沉积法则更多地被用于薄膜的制备。

（二）可控制备的进展随着科技的发展，科研人员不断改进了纳米结构二氧化钛的可控制备方法。

通过调节合成过程中的参数（如温度、压力、浓度等），可以实现对二氧化钛纳米材料的尺寸、形貌和晶体结构的精确控制。

此外，通过掺杂其他元素（如氮、硫等），还可以进一步提高其光催化和光电性能。

三、光催化性能（一）光催化原理纳米结构二氧化钛的光催化性能主要源于其能吸收紫外光并产生光生电子和空穴。

这些光生载流子具有强氧化还原能力，可以与吸附在表面的物质发生反应，从而实现光催化作用。

（二）应用领域纳米结构二氧化钛的光催化性能在环境保护、能源开发等方面有着广泛的应用。

例如，可以利用其光催化性能降解有机污染物、净化空气和水；同时，也可以利用其光电性能制备太阳能电池等新能源设备。

四、光电性能（一）光电性能特点纳米结构二氧化钛具有优异的光电性能，如高光响应、低暗电流等。

这些特点使得其在光电领域有着广泛的应用前景。

（二）应用领域纳米结构二氧化钛的光电性能主要应用于太阳能电池、光电传感器等领域。

其中，在太阳能电池中，二氧化钛可以作为光阳极材料，提高太阳能的利用率和转换效率。

在光电传感器中，二氧化钛则可以作为敏感材料，实现对光信号的快速响应和检测。

纳米二氧化钛膜催化剂的制备及其光催化活性的研究近年来，纳米材料在环境污染治理以及能源转换方面发挥着重要作用，广泛应用于太阳能电池、氢能源存储和利用、污染物去除等领域。

其中，纳米二氧化钛是一种中等结构的金属氧化物，具有良好的结构稳定性、高吸附性能和优良的光催化活性，可以有效地改善空气质量。

因此，纳米二氧化钛膜催化剂的制备和光催化性质研究显得尤为重要。

首先，纳米二氧化钛膜催化剂的制备方法主要分为水热法、化学气相沉积（CVD）法和物理气相沉积（PVD）法。

水热法是目前最为常用的一种制备方法，它可以利用氯化钛和氨水反应合成纳米二氧化钛微粒。

采用水热法可以获得的纳米二氧化钛具有很好的晶格结构稳定性，并且表面比较洁净，不需要进行复杂的表面改性处理。

但是水热法有几个缺点，如需要较长的反应时间，组成不同晶型的纳米二氧化钛难以得到，控制结构和大小也不太容易。

CVD法是建立在布拉格反射原理的基础上的一种微纳米催化剂的制备方法，这种方法可以直接控制纳米粒子的大小，但这种方法有时也会不稳定，得到的粒子大小可能与预期的大小不同。

PVD法是一种用于制备各种纳米粒子的常用方法，它可以将分子直接沉积在特定表面，受到温度和气压等多种条件的影响，它可以准确控制粒子表面接受物质的样式和数量以及粒子之间的空隙。

但PVD法得到的粒子比较小，大小一般不超过几纳米，且悬浮特性差，不容易得到较平整的膜。

综上所述，纳米二氧化钛膜催化剂的制备可以通过多种方法实现，水热法、CVD法和PVD法都可以获得好的结果。

而由于纳米二氧化钛具有优良的光催化活性，因此，对其光催化性能的研究也非常重要。

如今，科学家们已经研究出了几种纳米二氧化钛膜的光催化性能，其中主要有：用于制备可见光催化剂的多孔结构、用于可见光/紫外光催化剂的功能改性表面、用于制备染料敏化剂的金属有机框架（MOF）等。

这些催化剂可以有效地减少有毒有害物质，如VOCs和NOX等。

多孔结构是改善纳米二氧化钛光催化性能的一种方法，例如，研究人员利用水热法在二氧化钛上制备多孔层状结构，这种多孔层状催化剂具有很大的表面积，可以有效地提高光催化活性。

毕业设计（论文）纳米二氧化钛的制备与光催化性能研究1 绪论二氧化钛，化学式为TiO2，俗称钛白粉，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。

二氧化钛可由金红石用酸分解提取，或由四氯化钛分解得到。

二氧化钛性质稳定，大量用作油漆中的白色颜料，它具有良好的遮盖能力，和铅白相似，但不像铅白会变黑[1]；它又具有锌白一样的持久性。

二氧化钛还用作搪瓷的消光剂，可以产生一种很光亮的、硬而耐酸的搪瓷釉罩面。

在过去的研究中，用半导体粉末对水、油和空气中的有毒有机化合物进行光催化降解和完全矿化引起了人们的大量关注。

由于抗光腐蚀性，化学稳定性，成本低，无毒和强氧化性，二氧化钛被作为应用最广泛的光催化剂来光降解水和空气中的有毒化合物。

但是二氧化钛具有较大的带隙（锐钛矿相二氧化钛为3.20ev）因此，只有较小一段太阳光区域，大约为2%~3%紫外光区可被应用[2]。

人们尝试用各种制备方法，如贵金属掺杂、氧化物复合、表面修饰等等方法，防止和减少电子与空穴的复合，提高催化剂的光催化活性。

众所周知，吸附和催化的效率与固体的孔径及表面积有关，因此，对二氧化钛进行修饰、改性及增大比表面积是提高光量子效率和增大反应速率的一个有效的方法与途径。

1.1 TiO2的结构与基本性质1.1.1物理常数及结构特征表1 TiO的物理常数1.1.2 TiO2的结构特征在自然界中，TiO2存在三种晶型结构，即金红石、锐钛矿和板钛矿。

这些结构的区别取决于TiO68-八面体的连接方式，图1-1是TiO68-八面体的两种连接方式，锐钛矿结构是由TiO68-八面体共边组成，而金红石和板钛矿结构则是由TiO68-八面体共顶点且共边组成。

锐钛矿TiO2中的每个八面体与周围8个八面体相连，金红石TiO2中每个八面体与周围10个八面体相连。

事实上锐钛矿可以看做是一种四面体结构，而金红石和板钛矿则是晶格稍有畸变的八面体结构[3]。

简单地认为锐钛矿比金红石活性高是不严谨的，它们的活性受其晶化过程的一些因素影响。

第２３卷第４期化　学　研　究中国科技核心期刊２０１２年７月ＣＨＥＭＩＣＡＬ　ＲＥＳＥＡＲＣＨ　ｈｘｙｊ＠ｈｅｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ纳米二氧化钛的制备及其光催化性能杜锦阁，姚朝宗（新乡医学院三全学院，河南新乡４５３００３）收稿日期：２０１２－０２－０９．作者简介：杜锦阁（１９８４－），女，硕士，助教，研究方向为无机纳米材料．Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｉｎｇｅｌｉｕ１２３４５６＠１２６．ｃｏｍ．摘　要：分别采用水热法和溶胶－凝胶法制备了ＴｉＯ２纳米粉体；利用Ｘ射线衍射仪和扫描电镜分析了两种方法制备的ＴｉＯ２粉体的形貌和晶体结构，并测定了纳米ＴｉＯ２粉体对罗丹明Ｂ的光催化降解活性．结果表明：采用水热法制备的ＴｉＯ２纳米粉体含有锐钛矿相和金红石相，粒径较小，大约为５０ｎｍ，而且分散均匀，光催化性能良好；采用溶胶－凝胶法制备的ＴｉＯ２粉体经过５５０℃煅烧后仍然为锐钛矿相，而且粒径较大，大约为８０ｎｍ．关键词：溶胶－凝胶法；ＴｉＯ２；混晶；光催化活性中图分类号：Ｏ　６１４文献标志码：Ａ文章编号：１００８－１０１１（２０１２）０４－００７８－０３Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｎａｎｏ－ｔｉｔａｎｉａＤＵ　Ｊｉｎ－ｇｅ，ＹＡＯ　Ｃｈａｏ－ｚｏｎｇ（Ｓａｎｑｕａｎ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｘｉｎｘｉａｎｇ　Ｍｅｄｉｃａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉｎｘｉａｎｇ４５３００３，Ｈｅｎａｎ，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎａｎｏ－ＴｉＯ２ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅｓ　ｗｅｒｅ　ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｂｙ　ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｓｏｌ－ｇｅｌ　ｍｅｔｈｏｄ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ　ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ａｓ－ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｎａｎｏ－ＴｉＯ２ｗｅｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄｂｙ　Ｘ－ｒａｙ　ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｃａｎｎｉｎｇ　ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ．Ｔｈｅｉｒ　ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ　ａｃｔｉｖｉｔｙ　ｗａｓｅｖａｌｕａｔｅｄ　ｉｎ　ｒｅｌａｔｉｏｎ　ｔｏ　ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｚｅｄ　ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｒｈｏｄａｍｉｎｅ　Ｂ　ａｔ　ｒｏｏｍ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｒｅ－ｓｕｌｔｓ　ｉｎｄｉｃａｔｅ　ｔｈａｔ　ｎａｎｏ－ＴｉＯ２ｃａｔａｌｙｓｔ　ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ　ｂｙ　ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ　ｍｅｔｈｏｄ　ｃｏｎｓｉｓｔｓ　ｏｆ　ａｎａｔａｓｅａｎｄ　ｒｕｔｉｌｅ　ｐｈａｓｅｓ　ｗｉｔｈ　ａ　ｓｍａｌｌｅｒ　ｓｉｚｅ　ｏｆ　ａｂｏｕｔ　５０ｎｍ，ａｎｄ　ｉｔ　ｈａｓ　ｇｏｏｄ　ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ　ａｃｔｉｖｉｔｙ．Ｂｅｓｉｄｅｓ，ｎａｎｏ－ＴｉＯ２ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｂｙ　ｓｏｌ－ｇｅｌ　ｍｅｔｈｏｄ　ｃｏｎｓｉｓｔｓ　ｏｆ　ａｎａｔａｓｅ　ｐｈａｓｅ　ａｌｏｎｅ　ａｆｔｅｒ　ｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎａｔ　５５０℃，ａｎｄ　ｉｔ　ｈａｓ　ａ　ｌａｒｇｅｒ　ｓｉｚｅ　ｏｆ　ａｂｏｕｔ　８０ｎｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ　ｍｅｔｈｏｄ；ｓｏｌ－ｇｅｌ　ｍｅｔｈｏｄ；ｎａｎｏ－ＴｉＯ２；ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ　ａｃｔｉｖｉｔｙ ２０世纪７０年代ＦＵＪＩＳＨＩＭＡ和ＨＯＮＤＡ发表的关于在ＴｉＯ２电极上光分解水的文章，揭开了ＴｉＯ２光催化时代的序幕［１］．由于ＴｉＯ２光催化剂无毒、稳定性好、廉价易得，能将环境污染物降解为ＣＯ２和Ｈ２Ｏ且不造成二次污染而得到了广泛研究［２－３］，被认为是最好的光催化材料．ＴｉＯ２具有多种晶相，包括板钛矿相、锐钛矿相以及金红石相［４］．人们一般认为，锐钛矿相的二氧化钛光催化活性较好，对二氧化钛光催化性能的研究也大多采用锐钛矿相．但是，有人注意到，商业产品Ｐ－２５本身是双晶相的二氧化钛粉末，这种存在于锐钛矿和金红石混相中的协同作用成为了近年来研究的重点［５－８］，研究证明，锐钛矿相与金红石相共存时光催化效果最好［９］．但是，含有锐钛矿相和少量金红石相的混晶ＴｉＯ２很难被直接合成出来，而是需要通过其他手段获得，如煅烧等．高温煅烧虽然有利于形成规则的晶型结构，然而也会降低ＴｉＯ２晶粒的比表面积、减少表面羟基含量［１０］，高温煅烧制得的ＴｉＯ２颗粒在投入溶液中后极易团聚［１１］，降低纳米ＴｉＯ２的光催化活性．因此，为了避免高温煅烧操作带来的影响，作者采用较为廉价的四氯化钛作为钛源，通过水热法直接制备出含有锐钛矿相和少量金红石相的混晶纳米ＴｉＯ２，与经过煅烧制备的ＴｉＯ２相比较，分别研究了它们的光催化活性．第４期杜锦阁等：纳米二氧化钛的制备及其光催化性能７９１　实验部分１．１　试剂与仪器四氯化钛（分析纯，金山县兴塔化工厂）；无水乙醇（分析纯，北京化工厂）；尿素（分析纯，北京化工厂）；罗丹明Ｂ（分析纯，洛阳市化学试剂厂）．郑州杜甫仪器厂的聚四氟乙烯内衬的高压反应釜（体积５０ｍＬ）；江苏省东台县电器厂的高温电炉（ＳＲＪＸ－３－９型）；德国Ｂｒｕｋｅｒ　ａｘｓ　Ｄ８Ｘ射线衍射仪（Ｃｕ靶Ｋα线，２０ｍＡ，４０ｋＶ）；北京普析通用仪器有限公司ＴＵ－１９００型双光束紫外可见分光光度计；美国ＪＳＭ－５６００型扫描电镜（加速电压２０ｋＶ）；ＳＧＹ－１型多功能光化学反应仪（南京斯东柯电气设备有限公司）．１．２　二氧化钛光催化剂的制备取１ｍＬ四氯化钛，冰水冷却３０ｍｉｎ，加入到１０ｍＬ蒸馏水和１０ｍＬ乙醇的混合溶液中，搅拌，缓慢滴加１０ｍＬ质量分数为０．６％的尿素溶液，室温匀速搅拌２ｈ后，转移至聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，在鼓风干燥箱中１８０℃恒温处理１６ｈ．冷却至室温，过滤、洗涤，６０℃烘干，即得到纯的ＴｉＯ２纳米粉体．溶胶－凝胶法制备二氧化钛参见文献［１２］，得到的凝胶经真空干燥、研磨、煅烧、再研磨后得到ＴｉＯ２样品．１．３　光催化剂活性的测定以罗丹明Ｂ为降解物，使用ＳＧＹ－１型多功能光化学反应仪评价ＴｉＯ２纳米粉体的光催化活性．该反应仪是三层同心圆筒玻璃容器，在中间放置３００Ｗ高压汞灯（北京天胜恒辉光源电器有限公司，主波长５００ｎｍ），汞灯外为石英冷阱，内通冷却水，用于降温．试验时，将２０ｍｇ催化剂加入到２５０ｍＬ浓度为３０ｍｇ／Ｌ的罗丹明Ｂ溶液中，在避光条件下搅拌３０ｍｉｎ，然后转移至光化学反应仪中，开启电磁搅拌，最后开启汞灯，待稳定后开始计时，间隔一定时间取样１０ｍＬ，离心分离１５ｍｉｎ，取上清液，用７２２型光栅分光光度计测定罗丹明Ｂ的吸光度，计算其降解率．２　结果与讨论２．１　样品的ＸＲＤ分析图１是两种方法制备的ＴｉＯ２纳米粉体的ＸＲＤ图．由图１ａ可知，用水热法制备的ＴｉＯ２纳米粉体具有锐钛矿相和金红石相，其中在２θ位于２５．４°、３７．８°和４７．６°附近，出现锐钛矿相ＴｉＯ２的特征峰；在２θ位于２７．４°、３６．２°附近，出现金红石相ＴｉＯ２的特征峰．由图１ｂ可知，经过溶胶－凝胶法制备的ＴｉＯ２纳米粉体经过５５０℃煅烧２ｈ后仍然只存在锐钛矿相，特征峰２θ位于２５．４°、３７．８°和４７．６°附近．说明通过水热法可以直接制备出混晶纳米ＴｉＯ２粉体．由Ｓｃｈｅｒｒｅｒ公式Ｄ＝ｋλ／βｃｏｓθ（式中ｋ＝０．８９，λ＝０．１５４　１ｎｍ，β为半高宽，θ为布拉格角，Ｄ为晶粒平均粒径（ｎｍ）），可求得样品的晶粒大小．水热法制备的ＴｉＯ２粒径约为５０ｎｍ，而溶胶－凝胶法制备的ＴｉＯ２经５５０℃煅烧后粒径约为８０ｎｍ．２．２　样品的形貌分析图２是两种方法制备的ＴｉＯ２纳米粉体的ＳＥＭ图．由图２可知，水热法制备出的ＴｉＯ２纳米粉体晶形完整，呈不规则块状，分散均匀，粒径较小，大约为５０ｎｍ；溶胶－凝胶法制备的ＴｉＯ２纳米粉体经５５０℃煅烧后也呈不规则块状，但团聚现象较为严重，粒径较大，约为８０ｎｍ．这与样品的ＸＲＤ分析相符． ａ水热法，ｂ溶胶－凝胶法 ａ水热法，ｂ溶胶－凝胶法 图１　ＴｉＯ２纳米粉体的ＸＲＤ图 图２　不同方法制备的ＴｉＯ２纳米粉体的ＳＥＭ照片Ｆｉｇ．１　Ｘ－ｒａｙ　ｄｉｆｆｒａｃｔｏｇｒａｍｓ　ｏｆ　ＴｉＯ２ｐｏｗｄｅｒｓ Ｆｉｇ．２　ＳＥＭ　ｉｍａｇｅｓ　ｏｆ　ＴｉＯ２ｐｏｗｄｅｒｓ８０　化　学　研　究２０１２年ａ水热法，ｂ溶胶－凝胶法图３　ＴｉＯ２纳米粉体的制备方法对罗丹明Ｂ降解率Ｅ的影响Ｆｉｇ．３　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ＴｉＯ２ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓｏｎ　ｔｈｅ　ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｒｅａｃｔｉｖｅ　ＲＢ２．３　催化剂的光催化活性图３是两种方法制备的ＴｉＯ２纳米粉体的光催化活性比较图．由图３可知，水热法合成的ＴｉＯ２纳米粉体在１５、３０、４５及６０ｍｉｎ时降解率分别为７６．７％、８８．９％、９５．３％以及９９．６％，而溶胶－凝胶法制备的ＴｉＯ２降解率分别为６９．８％、８１％、８８．４％以及９０．１％．水热法制备的ＴｉＯ２光催化效果较好，这是因为：（１）它既含有锐钛矿晶型，又含有金红石晶型，由于锐钛矿相与金红石相之间的费米能级不同，在某一相中产生的光生电子和空穴可能会流向另一相，从而大大降低了电子和空穴复合的可能性，提高了样品的光催化活性；（２）ＴｉＯ２经过煅烧后，团聚现象较为严重，与罗丹明Ｂ的接触面积降低；⑶表面羟基为ＴｉＯ２的活性点，煅烧后表面羟基减少，因此，降低了其光催化效果．结论：以廉价的四氯化钛为钛源，用水热法直接制备出了含有锐钛矿相和少量金红石相的混晶纳米ＴｉＯ２，通过对比试验，发现其光催化效果明显好于纯锐钛矿相的ＴｉＯ２纳米粉体．参考文献：［１］ＦＵＪＩＳＨＩＭＡ　Ａ，ＨＯＮＤＡ　Ｋ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｐｈｏｔｏｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ａｔ　ａ　ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ［Ｊ］．Ｎａｔｕｒｅ，１９７２，２３８：３７－３８．［２］ＸＩＥ　Ｙｉ　Ｂｉｎｇ，ＹＵＡＮ　Ｃｈｕｎ　Ｗｅｉ．Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｅｕ３＋－ＴｉＯ２ｓｏｌ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｈｙｄｒｏｓｏｌ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒ　Ｒｅｓ　Ｂｕｌｌ，２００４，３９（４／５）：５３３－５４４．［３］甘礼华，刘明贤，张霄英，等．掺铁ＴｉＯ２活性炭复合材料的制备及其光催化活性［Ｊ］．同济大学学报，２００８，３６（４）：５３８－５４２．［４］ＢＯＫＨＩＭＩ　Ｘ，ＭＯＲＡＬＥＳ　Ａ．Ｌｏｃａｌ　ｏｒｄｅｒ　ｉｎ　ｔｉｔａｎｉａ　ｐｏｌｙｍｏｒｐｈｓ［Ｊ］．Ｉｎｔ　Ｊ　Ｈｙｄｒｏｇｅｎ　Ｅｎｅｒｇｙ，２００１，２６（１２）：１２７９．［５］ＢＩＣＫＬＥＹ　Ｒ　Ｉ，ＣＡＲＲＥＮＯ　Ｔ　Ｇ，ＪＯＨＮ　Ｓ　Ｌ，ｅｔ　ａｌ．Ａ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｉｔａｎｉｕｍ　ｄｉｏｘｉｄｅ　ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔｓ［Ｊ］．Ｊ　Ｓｏｌ－ｉｄ　Ｓｔａｔｅ　Ｃｈｅｍ，１９９１，９２（１）：１７８－１９０．［６］ＹＡＮ　Ｍａｏ　Ｃｈｅｎｇ，ＣＨＥＮ　Ｆｅｎｇ，ＺＨＡＮＧ　Ｊｉｎ　Ｌｏｎｇ，ｅｔ　ａｌ．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ　ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　ｔｉｔａｎｉａ　ａｎｄ　ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ［Ｊ］．Ｊ　Ｐｈｙｓ　Ｃｈｅｍ　Ｂ，２００５，１０９（１８）：８６７３－８６７８．［７］ＬＩＵ　Ｈａｉ　Ｍｅｉ，ＹＡＮＧ　Ｗｅｎ　Ｓｈｅｎｇ，ＭＡ　Ｙｉｎｇ，ｅｔ　ａｌ．Ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ　ａｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ｐｕｒｅ　ｒｕｔｉｌｅ　ｐａｒｔｉｃｌｅｓ　ｄｅｒｉｖｅｄ　ｆｒｏｍ　ａ　ｐｈｏｔｏ－ａｓ－ｓｉｓｔｅｄ　ｓｏｌ－ｇｅｌ　ｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．Ｎｅｗ　Ｊ　Ｃｈｅｍ，２００３，２７：５２９－５３２．［８］ＭＡＤＡＮＩ　Ｍ　Ｅ，ＧＵＩＬＬＡＲＤ　Ｃ，ＰＥＲＬＯ　Ｎ，ｅｔ　ａｌ．Ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ　ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｉｕｒｏｎ　ｉｎ　ａｑｕｅｏｕｓ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｉｎ　ｐｒｅｓｅｎｃｅ　ｏｆｔｗｏ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｔｉｔａｎｉａ　ｃａｔａｌｙｓｔｓ，ｅｉｔｈｅｒ　ａｓ　ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ　ｐｏｗｄｅｒｓ　ｏｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ　ｏｎ　ｆｌｅｘｉｂｌｅ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｔ　ｐａｐｅｒｓ［Ｊ］．Ａｐｐｌ　Ｃａｔａｌ　Ｂ：Ｅｎｖｉｒｏｎ，２００６，６５（１／２）：７０－７６．［９］ＺＨＡＮＧ　Ｑｉｎｇ　Ｈｏｎｇ，ＧＡＯ　Ｌｉａｎ，ＧＵＯ　Ｊｉｎｇ　Ｋｕｎ，ｅｔ　ａｌ．Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｎａｎｏｓｉｚｅｄＴｉＯ２ｐｏｗｄｅｒ　ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｂｙ　ＴｉＣｌ４ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ［Ｊ］．Ａｐｐｌ　Ｃａｔａ１Ｂ：Ｅｎｖｉｒｏｎ，２０００，２６：２０７－２１５．［１０］ＸＩＥ　Ｙｉ　Ｂｉｎｇ，ＹＵＡＮ　Ｃｈｕｎ　Ｗｅｉ．Ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ　ａｎｄ　ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚｅｄ　ｔｉｔａｎｉｕｍ　ｄｉｏｘｉｄｅ　ｓｏｌｗｉｔｈ　ｎｅｏｄｙｍｉｕｍ　ｉｏｎ　ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｊ　Ｃｈｅｍ　Ｔｅｃｈｎｏｌ：Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ，２００５，８０（８）：９５４－９６３．［１１］ＸＩＥ　Ｙｉ　Ｂｉｎｇ，ＹＵＡＮ　Ｃｈｕｎ　Ｗｅｉ．Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ　ＴｉＯ２ｓｏｌ　ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｔｅｓ　ｍｅｄｉａｔｅｄ　ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ－ｌｉｋｅ　ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ　ｒｅａｃｔｉｏｎａｎｄ　ｈｙｄｒｏｓｏｌ　ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．Ｊ　Ｍａｔｅｒ　Ｓｃｉ，２００５，４０（２４）：６３７５－６３８３．［１２］ＸＵ　Ａｎ　Ｗｕ，ＧＡＯ　Ｙｕａｎ，ＬＩＵ　Ｈａｎ　Ｑｉｎ．Ｔｈｅ　ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ，ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ　ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ　ｏｆ　ｒａｒｅ－ｅａｒｔｈ－ｄｏｐｅｄ　ＴｉＯ２ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ［Ｊ］．Ｊ　Ｃａｔａｌ，２００２，２０７：１５１－１５７．。

华中科技大学硕士学位论文纳米二氧化钛的制备及光催化性能研究姓名：王潺申请学位级别：硕士专业：材料学指导教师：乔学亮;邱小林2011-01-12华中科技大学硕士学位论文摘 要纳米二氧化钛因为其高效、无毒、稳定、成本较低等优点，在半导体材料中脱颖而出，成为应用最广的光催化剂，被广泛用于废水废气处理、光催化制氢、光电池、抗菌等领域，带来巨大的环境、社会、经济效益。

但同时，关于二氧化钛的研究还远远不够充分，在制备工艺和光催化效率的提高等方面仍有很大的改进空间。

此外，关于板钛矿相二氧化钛的研究也鲜见报道。

因此本论文针对这些问题进行了一些探索。

以廉价的四氯化钛为原料，分别采用水热法和沉淀法合成了不同晶型的纳米二氧化钛粉体，并对其进行了改性处理，利用XRD、TEM、BET等测试手段对样品的结构、粒径及形貌进行了表征，然后以紫外光下降解甲基橙为参考考察了样品的光催化活性。

水热法合成的二氧化钛为金红石相及板钛矿相/金红石相混晶二氧化钛，随着水热条件的变化，其结构和性能也随之变化，其中160℃水热18h制得的样品板钛矿（Brookite）与金红石相（Rutile）比例约为B/R=22/78，晶粒大小约为21.3nm，光催化活性最好，300W紫外光照30min，甲基橙降解率可达到76.5%。

以环氧丙烷（C3H6O）为修饰剂，沉淀法合成的二氧化钛为锐钛矿相/金红石相混晶二氧化钛，其中400℃~600℃煅烧的样品分散较为均匀，结晶完整，且晶相纯度很高。

在此基础上添加不同质量的硝酸银（AgNO3）合成了氯化银/二氧化钛（AgCl/TiO2）复合半导体，并考察了复合氯化银前后光催化活性的变化，发现硝酸银添加量mAgNO3/mTiO2=0.25%时降解效率最高。

关键词：二氧化钛, 光催化, 板钛矿, 氯化银, 环氧丙烷华中科技大学硕士学位论文ABSTRACTNanocrystalline titanium dioxide (TiO2), regarded as the best photocatalyst for its high efficiency, nontoxity, biological and chemical stability, and low cost, has been widely used in many fields such as degradation of environment pollutants, water-splitting for hydrogen production, antibacteria, dye-sensitized solar cells, et al. and has also brought people huge economic, social and environmental benefits. However, the study about TiO2 as photocatalyst is not enough at the same time. For instance, the preparation technology and photocatalysis efficiency still needs to be improved.Different nanocrystalline TiO2 powders were synthesized using TiCl4 which is relatively cheaper in comparison with other precursors by hydrothermal and precipitation methods at different conditions respectively. The as-prepared samples were characterized by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscope (TEM) and N2 adsorption-desorption. Then the photocatalytic activity of the samples was evaluated in the degradation of methyl orange under UV light.Rutile, mixtures of brookite and rutile TiO2 powders were obtained by hydrothermal method, whose structures and performance were changed depending on the hydrothermal conditions. Among the as-prepared powders, the sample prepared at 160℃ for 18h, whose ratio of crystalline phase is 22/78(B/R) and crystallite size is about 21.3nm, has the best photocatalytic activty. And the degradation rate of methyl orange can be 76.5% when the ultraviolet irradiation time is 30min(300W).Mixtures of anatase and rutile TiO2 powders were synthesized via precipitation method with the modifier C3H6O. The samples, calcined at 400℃~600℃, have good partile distribution, high crystalline and purity. On the basis of the study, a series of AgCl/TiO2 photocatalysts were prepared by the same method with different dosages of AgNO3. The photocatalytic activity of the samples (with and without AgNO3)were evaluted by also researched by degradation of methyl orange, and the AgCl/TiO2华中科技大学硕士学位论文nanocrystalline powder (mAgNO3/mTiO2=0.25%) has the best photocatalytic activity. Key words：titanium dioxide, photocatalytic, brookite, silver chloride, propylene oxide独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能的研究纳米二氧化钛是一种具有广泛应用前景的材料，在催化、光电、电子等领域有着重要的作用。

本文将介绍纳米二氧化钛的制备方法及其在光催化和光电性能方面的研究进展。

1.可控制备方法纳米二氧化钛的制备方法有很多种，如水热法、凝胶法、溶胶凝胶法等。

其中，水热法具有制备纳米二氧化钛粒子尺寸小、结晶度高等优点，因此被广泛应用。

水热法的基本步骤为：将钛酸四丁酯等钛源和氨水等碱性氧化剂加入水中，控制反应温度和时间，即可得到纳米二氧化钛。

在水热法中，可通过控制反应条件如反应温度、反应时间、pH值等来调节制备的纳米二氧化钛的结构和形貌。

此外，还可以通过掺杂、复合等方法来改变纳米二氧化钛的性质和应用。

2.光催化性能纳米二氧化钛具有优异的光催化性能，能够将阳光中的紫外线转化成具有氧化剂能力的电子和空穴，从而促进有机物的氧化降解。

纳米二氧化钛的光催化性能与其晶体结构、晶粒大小、比表面积等因素有关。

较小的晶粒和高的比表面积有助于提高纳米二氧化钛的光催化效率。

此外，在纳米二氧化钛的光催化研究中，还出现了可见光响应的纳米二氧化钛。

这些材料具有比纯二氧化钛更广泛的应用前景。

纳米二氧化钛也具有较好的光电性能，可以作为光电器件的材料。

在光电性能研究中，主要着眼于太阳能电池、传感器、发光二极管等方面的应用。

在太阳能电池方面，纳米二氧化钛的电子传输速度较快，有助于提高太阳能电池的转化效率。

而在传感器和发光二极管方面，纳米二氧化钛的高比表面积和光致发光性质成为重要的研究方向。

总的来说，纳米二氧化钛具有广泛的应用前景，在理论和实践研究中被广泛探讨。

随着制备技术的不断发展，我们相信纳米二氧化钛的应用领域将会越来越广泛。

纳米二氧化钛的制备及其应用研究进展纳米二氧化钛是一种具有广泛应用潜力的纳米材料。

它具有高比表面积、优异的光催化性能以及良好的化学稳定性，因而在光催化、防污涂料、太阳能电池、化妆品等领域有着广泛的应用。

本文将介绍纳米二氧化钛的制备方法及其在各个领域的应用研究进展。

首先，从制备方法角度来看，纳米二氧化钛可以通过物理法、化学法以及生物法等多种方法得到。

其中，物理法包括气相法、溶胶凝胶法、机械法等，化学法主要包括水热法、溶剂热法、水热法等，生物法则是通过利用生物体或其提取物来合成纳米颗粒。

每种方法都有其优缺点，研究者可以根据具体需求选择适合的制备方法。

其次，纳米二氧化钛在光催化领域的应用研究较为广泛。

纳米二氧化钛可以通过光催化过程将光能转化为化学能，用于降解废水中的有机污染物。

研究发现，添加一些能够吸收可见光的材料，如碳量子点、半导体量子点等，可以提高纳米二氧化钛的光催化活性。

此外，光催化技术也可以应用于空气净化、自洁涂料等领域。

在防污涂料领域，纳米二氧化钛的应用也备受关注。

纳米二氧化钛具有超疏水性和自洁性，可以防止油污、水渍等附着在表面上，使涂层具有良好的自洁效果。

此外，纳米二氧化钛还可以通过光催化分解有机污染物，达到净化空气的目的。

防污涂料的应用不仅可以提高建筑物外墙的清洁度，还可以延长建筑物的使用寿命。

太阳能电池也是纳米二氧化钛的一个重要应用领域。

纳米二氧化钛具有优异的光催化性能和电化学性质，可以作为太阳能电池中的电极材料。

目前，纳米二氧化钛主要应用于染料敏化太阳能电池（DSSC）和钙钛矿太阳能电池（PSC）中。

通过纳米二氧化钛的光催化作用，可以有效提高太阳能电池的光电转换效率。

此外，纳米二氧化钛在化妆品领域的应用也日益增多。

纳米二氧化钛可以作为防晒剂，有效抵御紫外线的伤害。

同时，纳米二氧化钛还具有抗菌作用，可以用于制备抗菌化妆品。

然而，由于纳米二氧化钛对人体的潜在风险，其在化妆品中的应用仍需谨慎。

二氧化钛光催化材料的制备和性能研究二氧化钛是一种广泛应用于能源、环境和化学工业等领域的重要材料。

特别是在光催化领域，二氧化钛具有良好的催化性能和光学性质，可以将太阳能等光能有效转化为电子和空穴，具有很大的应用前景。

为了更好地利用二氧化钛光催化材料，许多学者对其制备和性能进行了广泛的研究。

1. 二氧化钛光催化材料制备方法（1）溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是制备二氧化钛光催化材料的常用方法之一。

该方法通过溶胶-凝胶成形的过程，可以控制材料的微观形貌、孔径大小和结晶度等性质。

例如，将四丙烯醇钛与丙三醇混合后加入葡萄糖作为模板剂，并在甲醇中进行水解，最终得到了具有高比表面积和孔隙结构的二氧化钛材料。

（2）水热法水热法是一种简单又经济的制备光催化材料的方法。

在水热反应中，通过调节反应条件，如反应温度和时间等，可以控制二氧化钛材料的形貌和结构等性质。

例如，将四氯化钛和聚乙二醇加入水中，经过水热反应得到了具有可见光响应的二氧化钛纳米棒。

（3）气相沉积法气相沉积法可以在较高温度下利用气相化学反应的方法制备二氧化钛薄膜。

该方法制备的二氧化钛薄膜具有较高的光催化活性和稳定性。

例如，利用金属有机物在硫酸铈的表面上进行气相沉积，制备了长时臭氧水净化器的二氧化钛复合薄膜。

2. 二氧化钛光催化材料性能研究（1）光吸收性能由于二氧化钛具有窄带隙结构，其能带结构决定了其在紫外光区域的高吸收率。

因此，利用二氧化钛光催化材料进行光催化反应需要在紫外光区域进行。

近年来，许多学者对二氧化钛材料的可见光吸收性能进行了研究，该研究主要集中在探究材料的晶体结构、掺杂元素和缺陷等方面。

（2）光催化活性二氧化钛是一种有效的光催化材料，利用其催化剂的光催化活性可以促进许多有机污染物的分解。

由于二氧化钛催化剂的表面特性和晶体结构在很大程度上影响其光催化活性，研究人员一直在努力通过合成和结构控制来提高二氧化钛催化剂的光催化活性。

近年来，研究人员通过控制材料的原位缺陷或掺杂，成功地提高了光催化剂的光催化活性。

成绩西安交通大学化学实验报告第页（共页）课程无机化学实验实验日期：年月日专业班号__ __组别____________ 交报告日期：年月日姓名_ _学号报告退发：（订正、重做）同组者____________次仁塔吉______ __ 教师审批签字：实验名称纳米二氧化钛粉的制备及其光催化活性的测试一、实验目的1.了解制备纳米材料的常用方法，测定晶体结构的方法。

2.了解XRD方法，了解X-射线衍射仪的使用，高温电炉的使用3.了解光催化剂的（一种）评价方法二、实验原理1.纳米TiO2的制备①纳米材料的定义：纳米材料指的是组成相或者晶相在任意一维度上尺寸小于100nm的材料。

纳米材料由于其组成粒子尺寸小，有效表面积大，从而呈现出小尺寸效应，表面与界面效应等。

②纳米TiO2的制备方法：溶胶凝胶法，水热法，火焰淬火掺杂法，阳极氧化法，电泳沉积再阳极氧化法，高温雾化法，溅射法，光沉积法，共沉淀法。

本实验采取最基本的，利用金属醇盐水解的方法制备纳米TiO2，主要利用金属有机醇盐能溶于有机溶剂，且可以水解产生氢氧化物或氧化物沉淀。

该方法的优点：①粉体的纯度高，②可制备化学计量的复合金属氧化物粉末。

③制备原理：利用钛酸四丁酯的水解，反应方程如下()()4924944Ti OC H 4H O Ti OH 4C H OH +=+ ()()4924944Ti OH Ti OC H TiO 4C H OH +=+ ()()2244Ti OH Ti OH TiO 4H O +=+2. TiO 2的结构及表征我们通过实验得到的TiO 2是无定形的，二氧化钛通常有如下图上所示的三种晶状结构：A ：板钛矿B ：锐钛矿C ：金红石无定形的TiO 2在经过一定温度的热处理后，会向锐钛矿型转变，温度更高会变成金红石型。

我们可以通过X-射线衍射仪测定其晶体结构。

纳米TiO 2的景行对其催化活性影响较大，由于锐钛矿型TiO 2晶格中含有较多的缺陷和缺位，能产生较多的氧空位来捕获电子，所以具有较高的活性；而具有最稳定晶型结构的金红石型TiO 2，晶化态较好，所以几乎没有光催化活性。

纳米结构二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能纳米结构二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能引言纳米材料具有特殊的物理、化学和光电性能，在能源转换、环境修复、光催化等领域具有广泛应用前景。

作为一种重要的半导体材料，二氧化钛（TiO2）因其稳定性、低毒性以及良好的光催化和光电性能而备受关注。

随着纳米技术的快速发展，人们能够制备出具有不同结构、形貌和尺寸的纳米二氧化钛材料。

本文将重点介绍纳米结构二氧化钛的可控制备方法，并探讨其光催化和光电性能。

一、纳米结构二氧化钛的可控制备方法纳米结构二氧化钛的可控制备方法种类繁多，本文将介绍几种常见的方法。

1. 溶胶凝胶法溶胶凝胶法是一种简单、经济且可大规模制备纳米二氧化钛的方法。

其基本步骤包括溶胶的制备、凝胶的形成和热处理。

通过调控溶胶成分、溶胶浓度、溶胶pH值和凝胶成核温度等参数，可以得到具有不同形貌和尺寸的纳米二氧化钛。

2. 水热法水热法是一种在高温和高压条件下进行合成的方法，对于制备纳米结构二氧化钛具有较高的控制性。

通过调控反应温度、反应时间和反应物浓度等参数，可以得到具有不同晶相、形貌和尺寸的纳米二氧化钛。

3. 气相沉积法气相沉积法是一种在惰性气氛中利用热分解或氧化反应制备纳米二氧化钛的方法。

通过调控反应温度、反应时间和沉积条件等参数，可以得到具有均匀形貌和尺寸的纳米二氧化钛。

二、纳米结构二氧化钛的光催化性能纳米结构二氧化钛的光催化性能是其在环境修复、水分解、有机污染物降解等领域应用的重要基础。

其良好的光催化性能主要归功于其特殊的能带结构和表面特性。

1. 能带结构纳米二氧化钛由于其小尺寸效应，其能带结构发生改变。

此时，纳米二氧化钛的带隙增大，能够吸收较小能量的可见光。

这使得纳米二氧化钛能够利用可见光进行光催化反应，提高光催化效率。

2. 表面特性纳米二氧化钛的表面具有较大的比表面积，有利于光吸收和反应物与表面的相互作用。

此外，纳米二氧化钛表面还可通过调控表面态密度、引入杂质和修饰等方式改变其光催化性能。

纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能的研究引言二氧化钛是一种重要的半导体材料，具有良好的光催化和光电化学性能，在环境保护、能源转换、光学器件等领域有着广泛的应用。

纳米二氧化钛因其较大的比表面积和优异的光催化性能而备受关注。

在过去的研究中，人们通过不同的可控制备方法，如溶胶-凝胶法、水热法、溶剂热法等，制备了各种形貌和结构的纳米二氧化钛。

针对纳米二氧化钛的可控制备及其在光催化和光电领域的应用仍然存在许多问题亟待解决。

本研究旨在探讨纳米二氧化钛的可控制备方法，以及其光催化和光电性能，并且对纳米二氧化钛在环境保护和能源转换领域的应用进行深入研究。

一、纳米二氧化钛的可控制备方法1. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是制备纳米二氧化钛最常用的方法之一。

该方法通过溶解钛酸酯类化合物，如钛酸四丙酯，在有机溶剂中形成溶胶，然后通过水解和凝胶化反应制备纳米二氧化钛。

通过控制水解和凝胶化条件，可以制备出不同形貌和结构的纳米二氧化钛。

溶胶-凝胶法制备的纳米二氧化钛具有较大的比表面积和较优异的光催化活性。

二、纳米二氧化钛的光催化性能1. 光催化降解有机污染物纳米二氧化钛具有良好的光催化性能，可以有效降解各种有机污染物，如苯酚、甲苯、苯胺等。

该性能主要来源于纳米二氧化钛表面的光生电子-空穴对，这些电子-空穴对具有较高的氧化还原能力，可以将有机污染物降解成无害的物质。

2. 光催化分解水纳米二氧化钛具有良好的光催化分解水性能，可以将水分解成氢气和氧气。

该性能可以用于制备清洁燃料氢气，具有重要的环境保护和能源转换意义。

3. 光催化CO2还原纳米二氧化钛还可以用于光催化CO2还原，将二氧化碳转化为有用的有机化合物。

这为解决温室效应和化石燃料资源短缺问题提供了新的途径。

2. 光催化产氧纳米二氧化钛还可以用于光催化产氧，可以利用光能将二氧化碳分解成氧气。

这有助于解决空气污染和气候变化等问题。

3. 光催化产电纳米二氧化钛还可以用于光催化产电，可以将光能转化为电能。

苏州科技大学材料科技进展化学生物与材料工程学院材料化学专业题目：纳米二氧化钛的制备及光催化*名：**学号：**********指导老师：***起止时间：5月20日——6月8日纳米二氧化钛的制备及光催化吕岩（苏州科技学院，化学与生物工程材料学院，江苏，苏州，215009）摘要:纳米二氧化钛是种重要的纳米材料，其在众多领域有着广泛的应用。

本文主要介绍纳米二氧化钛的多种制备方法，包括化学气相法(化学气相沉积法、化学气相水解法等)、液相法( 溶胶凝胶法、沉淀法、水热合成法等)两大类,并分析了各种工艺的优劣。

并介绍纳米二氧化钛光催化反应原理,基本方法,影响因素,及其广泛的应用。

通过介绍纳米二氧化钛的制备及光催化的研究，更深刻理解其在生产生活中应用。

关键词：纳米TiO2，制备方法，光催化.The study on preparation of nanometer TiO2 and photocatalyticLv Yan(University of Science and Technology of Suzhou,School of Chemical and Biological Engineering Materials,Jiangsu,Suzhou,215009) Abstract: A s an important nanomaterial nanometer TiO2 has wide app lications in many fields, such as environmental production. Preparation methods of nanomaterial TiO2w ere briefly summarized, including chemical gas phase method( CVD and chem ical gas phase hydro lysis method etc. ) and liquid phase method( sol- gelmethod, precipitation method, hydrothermal synthesismethod etc. ). The advan tages and disadvanges o f everym ethod w ere analyzed. Introduce nano TiO2reaction principle, basic method, influence factors, and its wide application. Through the introduction of the preparation of nano TiO2 research, a deeper understanding of its application in the production and living.Key words: nanometer T iO2; preparation method, photocatalysis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。

纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能的研究一、纳米二氧化钛的可控制备方法1. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种常用的纳米二氧化钛制备方法。

其原理是将金属有机化合物或金属无机盐溶解在适当的溶剂中，形成溶胶。

随后，通过加入适量的催化剂或掺杂剂，将溶胶凝胶化成胶体颗粒，最终形成纳米二氧化钛材料。

该方法制备的纳米二氧化钛颗粒尺寸均匀，形貌好，适用于大面积薄膜的制备。

2. 水热法3. 气相沉积法气相沉积法是利用金属有机化合物或金属无机盐在高温条件下分解成金属原子或金属离子，再在衬底表面沉积成膜的一种方法。

通过控制气相反应的物理条件，如温度、压强、流速等参数，可以实现对纳米二氧化钛薄膜的可控制备。

该方法制备的纳米二氧化钛薄膜薄，适用于光电器件的制备。

以上介绍了几种常用的纳米二氧化钛制备方法，各有优劣。

在实际应用中，可根据具体要求选择合适的制备方法，以实现对纳米二氧化钛材料的可控制备。

二、纳米二氧化钛的光催化性能研究纳米二氧化钛具有优良的光催化性能，主要是由于其带隙能宽（3.2eV）和能带结构的特殊性质所致。

在紫外光照射下，纳米二氧化钛表面产生电子-空穴对，在存在氧分子的情况下，电子和空穴可分别参与氧分子的还原和氧分子的氧化反应，从而实现对有机废水中有机物的降解，达到净化水质的目的。

由于纳米二氧化钛具有良好的稳定性和可再生性，因此在环境治理方面具有巨大潜力。

针对纳米二氧化钛的光催化性能研究，研究者们主要通过调控纳米二氧化钛的晶型、晶粒大小、表面形貌等因素，以提高其光催化活性。

通过掺杂其他金属离子或非金属元素，可以调控纳米二氧化钛的带隙能宽，提高其可见光吸收率，从而提高光催化活性；通过合成纳米二氧化钛的不同形貌，如纳米棒、纳米粒等，可以增加其光催化活性表面积，改善光催化反应速率。

以上研究为纳米二氧化钛的光催化性能提供了理论和实验基础，为纳米二氧化钛的实际环境治理应用奠定了基础。

除了光催化性能外，纳米二氧化钛还具有良好的光电性能，因此在光电器件领域也备受关注。

纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能的研究1. 引言1.1 研究背景纳米二氧化钛（Nano-TiO2）作为一种重要的光催化材料，在环境保护、能源领域以及光电子学等方面具有广泛的应用前景。

随着人们对环境污染和能源危机的重视，纳米二氧化钛的研究变得越来越重要。

纳米二氧化钛具有高度的表面积和优良的光催化性能，具有分解有机污染物、净化水体、杀灭细菌等优良应用性能。

此外，纳米二氧化钛还具有优良的光电性能，可用于太阳能电池、光催化剂、传感器等领域。

然而，纳米二氧化钛的制备方法、光催化性能和光电性能仍然有待深入研究。

针对纳米二氧化钛在不同应用领域的需求，如何实现其可控制备，提高其性能，成为当前研究的重点之一。

因此，对纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能的研究成为了研究者们关注的焦点。

1.2 研究目的本研究旨在探究纳米二氧化钛的可控制备方法及其在光催化和光电领域中的性能表现。

通过深入研究纳米二氧化钛的制备工艺和性能特点，我们希望能够揭示其在光催化和光电应用中的潜在优势和局限性。

通过对纳米二氧化钛可控制备技术的探讨，我们也旨在为提高纳米二氧化钛的光催化和光电性能提供理论支持和实验依据。

通过本研究，我们希望为纳米二氧化钛材料在环境净化、太阳能转化等领域的应用提供新的思路和方法，为其在实际工程中的推广和应用打下坚实的基础。

1.3 研究意义通过控制纳米二氧化钛的形貌、晶相和结构可以调控其光催化和光电性能，进而提高其在环境净化和能源转化中的效率。

对纳米二氧化钛的制备方法和条件进行优化可以降低生产成本，推动其实际应用。

深入研究纳米二氧化钛与其他材料的复合及界面相互作用也为开发新型光催化和光电器件提供了新思路和途径。

纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能的研究不仅对推动纳米材料领域的发展具有重要意义，也为解决环境污染和能源危机等重大问题提供了新的思路和解决方案。

正在越来越受到科研人员和产业界的重视，有望在未来取得重要的突破和进展。

摘要二氧化钛纳米材料的制备、改性及光催化性能研究摘要随着人们生活水平的不断提高，越来越多的产品来自于石油、煤炭和天然气等不可再生的自然资源。

同时，产品在原材料的提取、运输和转化过程中都有可能给环境带来负面效应。

因此，环境污染和能源短缺现象成为人类目前应对的世界性难题。

半导体光催化技术在环境修复领域的作为不容忽视，已被证明是降解水体和大气环境中有害污染物的有效途径。

在解决能源危机方面，通过光分解水制氢、太阳能电池等方式实现了可再生能源的高效利用。

二氧化钛因其高稳定性，无毒性且低成本被认为是非常理想的光催化半导体材料。

光催化剂的表面积是决定污染物吸附量的重要因素，直接影响其光催化活性的强弱。

由于二氧化钛纳米材料的高表面能使得纳米粒子间倾向于聚集以达到体系的平衡状态，导致纳米粉体的团聚现象严重，无法获得较大的活性表面积。

因此，本文采用表面活性剂作为分散剂，并优化制备工艺进行改性，以获得均一分散的二氧化钛纳米体系是十分必要的。

主要研究内容如下：（1）综合溶胶-凝胶法和溶剂热法的制备优势，本论文采用溶胶-溶剂热改进工艺进行实验分析。

以钛酸丁酯为钛源，无水乙醇为溶剂，浓硝酸为抑制剂，按照n(Ti(OR)4):n(C2H5OH):n(H+):n(H2O)=1:15:0.35:4的反应物配比，制备纳米级二氧化钛材料。

（2）通过单因素实验与正交实验相结合的方式，以样品对甲基橙的光催化降解率为分析依据，探究溶剂热温度、溶剂热时间、煅烧温度和煅烧时间对于二氧化钛光催化活性的影响。

正交实验的结果表明，最佳工艺参数是：当溶剂热温度为150℃，溶剂热时间为24h，煅烧温度为450℃，煅烧时间为4h时，样品的光催化降解率最高，为82.88%。

同时XRD、SEM、TEM和EDS的图像表明，样品为结晶度良好的单一锐钛矿相，无任何杂质，但分散性一般。

（3）在最佳工艺参数的基础上，通过控制表面活性剂的种类和含量的不同，探究不同类型表面活性剂的最佳投料比，从而确定用于二氧化钛纳米粉体改性的最佳分散剂，并通过XRD、SEM、TEM和EDS等技术对样品进行表征。

溶胶-凝胶法制备纳米TiO2及其光催化性质研究孙阳勇（武汉大学化学与分子科学学院湖北武汉 430072）摘要:由于纳米TiO2具有吸收紫外线的能力强，表面活性大等特点，故纳米TiO2可作为光催化剂处理有机废水；本课题拟用溶胶-凝胶法制备纳米级二氧化钛，并利用其光催化性能催化甲基橙分解。

实验证明，随纳米二氧化钛用量的增加，其光催化甲基橙分解的速率在不断加快。

关键词：溶胶-凝胶法纳米二氧化钛凝胶时间光催化分光光度计引言：纳米TiO2粉体技术是近二十年来发展起来的一项高新技术。

它通常是指颗粒尺寸在1—100 纳米的固体颗粒材料。

因其具有强烈的表面效应、体积效应、量子效应和宏观量子隧道效应等特性使其在声、光、电、磁、热等许多方面具有独特的性能。

[1]试剂及仪器：恒温磁力搅拌器磁子三口瓶(250mL) 恒压漏斗(50mL）烘箱马弗炉电子天平玛瑙研钵 VIS-7220型分光光度计石英紫外灯 800B离心机定性pH试纸坩埚烧杯玻璃棒离心试管去离子水钛酸正四丁脂无水乙醇冰醋酸盐酸（2mol/L） 1g/L的甲基橙溶液实验部分1.1采用溶胶-凝胶法制备纳米级TiO2：将10mL钛酸正四丁脂加入到35mL无水乙醇中，用磁子搅拌均匀后转移至50mL恒压漏斗中；取35mL无水乙醇、4mL冰醋酸、10mL蒸馏水于烧杯中混合，用2mol/L盐酸的盐酸调节溶液pH于3.0左右，之后将烧杯中溶液转移至250mL三口瓶中，由恒压漏斗向三口瓶中加入溶液，控制滴速约为3mL/min，同时三口瓶中不断用磁子剧烈搅拌溶液，滴加完全后于40℃热水中水浴加热直至完全凝胶，得白色凝胶，记录凝胶时间。

之后将其放入烘箱中烘12h得淡黄色晶体，用玛瑙研钵研磨充分后放入马弗炉中煅烧2h得白色粉末。

反应历程如下：Ti(O-C4H9)+4H2O=Ti(OH)4+4C4H9OH Ti(OH)4+Ti(O-C4H9)=2TiO2+4C4H9OH Ti(OH)4=TiO2+2H2O1.2探究加水量对纳米级二氧化钛的制备的影响：配制A液: 将10mL钛酸正四丁脂加入到35mL无水乙醇中，用磁子搅拌均匀后转移至50mL恒压漏斗中；配制不同含水量的B液：取10mL、15mL、20mL、25mL蒸馏水于四个烧杯中，各取35mL无水乙醇、4mL冰醋酸于此四个烧杯中混合均匀，并将混合液转移至250mL三口瓶中，由恒压漏斗向三口瓶中加入溶液，控制滴速约为3mL/min，同时三口瓶中不断用磁子剧烈搅拌溶液，滴加完全后于40℃热水中水浴加热直至完全凝胶，记录凝胶时间。

二氧化钛纳米管阵列的制备、改性、表征及光催化性能的研究的开题报告一、研究背景和意义随着环境污染越来越严重，光催化技术受到了越来越多的关注。

二氧化钛是一种优良的光催化材料，具有高的光吸收率、良好的化学稳定性和生物相容性等优点。

然而，传统的二氧化钛薄膜和颗粒光催化材料具有表面积小、反应速度慢、光吸收率低等缺点。

因此，研究制备高效的二氧化钛光催化材料是当前的研究热点之一。

近年来，二氧化钛纳米管阵列作为一种新型的光催化材料，在光催化领域的研究中引起了广泛的关注。

二氧化钛纳米管阵列具有高比表面积、优异的光吸收性能和易于控制的孔隙结构等优点。

同时，通过改性可以使其表面具有特殊的功能，例如增加吸附能力和光催化活性等。

因此，本研究通过制备和改性二氧化钛纳米管阵列，并对其进行表征和光催化性能测试，旨在探究二氧化钛纳米管阵列的光催化性能及影响因素，为其在环境污染治理中的应用提供参考。

二、研究内容（1）制备二氧化钛纳米管阵列：采用阳极氧化法制备二氧化钛纳米管阵列，探究制备条件对其形貌和光电性能的影响。

（2）改性二氧化钛纳米管阵列：通过不同的化学和物理方法对二氧化钛纳米管阵列进行改性，使其表面具有特殊功能。

（3）表征二氧化钛纳米管阵列：运用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X 射线衍射（XRD）、红外光谱（FTIR）等手段对制备的二氧化钛纳米管阵列及改性样品进行表征。

（4）光催化性能测试：采用亚甲基蓝降解实验对不同样品的光催化活性进行测试，并探究其影响因素。

三、研究意义本研究的意义在于：（1）探究制备条件对二氧化钛纳米管阵列形貌、结构和光电性能的影响，为其优化制备提供参考。

（2）通过不同的化学和物理方法改性二氧化钛纳米管阵列，使其表面具有特殊功能，提高光催化材料的应用性。

（3）对制备的二氧化钛纳米管阵列及改性样品进行表征，为深入了解其微观结构和性质提供依据。

（4）通过光催化活性测试，评估二氧化钛纳米管阵列的光催化性能，为其在环境污染治理中的应用提供参考。

二氧化钛纳米材料制备及光催化性能的开题报告
一、研究背景和意义
二氧化钛（TiO2）是一种重要的半导体材料，具有良好的光电化学
性能和稳定性，是目前研究的热点之一。

纳米二氧化钛材料因其特殊的
结构和性能，在催化、光催化、纳米电子学等领域具有广泛的应用前景。

例如，纳米二氧化钛材料可以用于太阳能电池、水处理、环境净化和新
能源等方面。

本研究旨在通过合成不同形态、大小和结构的二氧化钛纳米材料，
研究其光催化活性，并探讨其制备过程中的影响因素和机理，为二氧化
钛纳米材料的制备及应用提供参考。

二、研究内容和方案
1. 材料制备：
（1）溶胶-凝胶法制备纳米二氧化钛粉体；
（2）水热法制备不同形态、大小和结构的纳米二氧化钛。

2. 材料表征
采用XRD、SEM、TEM、UV-Vis、PL等手段，对合成的纳米二氧化
钛材料进行表征，分析其晶体结构、形貌和光学性质。

3. 光催化性能测试
采用紫外光辐照下的光催化反应体系，以甲基橙为模板分子，研究
二氧化钛纳米材料的光催化活性。

同时，探讨不同制备条件对光催化性
能的影响，以及机理。

三、预期目标和结果
1. 成功制备出不同形态、大小和结构的二氧化钛纳米材料；
2. 通过表征手段，掌握材料的基本属性；
3. 研究并分析不同制备条件对纳米二氧化钛材料光催化性能的影响；
4. 探讨纳米二氧化钛材料光催化机理，为其实际应用提供理论基础
和参考。

二氧化钛纳米管的制备及光催化性能研究的开题报告一、选题背景及意义随着环境污染的加剧和能源危机的出现，人们对环境保护和可再生能源的需求不断增加。

光催化技术作为一种非常具有前景的环境治理和能源开发技术，已经成为当前研究的热点之一。

二氧化钛纳米管作为一种重要的光催化材料，因其独特的结构和良好的催化性能，已经成为光催化技术应用中的重要组成部分。

该材料在水处理、空气净化、光电催化材料等方面有着广阔的应用前景。

因此，对二氧化钛纳米管的制备方法和光催化性能进行系统的研究，对于促进光催化技术的发展和应用具有重要意义。

二、研究内容和技术路线本研究拟针对二氧化钛纳米管的制备和光催化性能展开研究，具体内容如下：1. 二氧化钛纳米管的制备方法：研究不同工艺条件下的二氧化钛纳米管制备方法，包括溶胶-凝胶、水热法、电化学等方法，并比较它们的性能和优劣。

2. 二氧化钛纳米管的物理结构表征：采用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线粉末衍射（XRD）等技术对制备的二氧化钛纳米管的形貌和晶体结构进行表征和分析。

3. 二氧化钛纳米管的光催化性能研究：采用紫外可见光谱仪（UV-Vis）和荧光光谱仪等测试手段对不同方法制备的二氧化钛纳米管的光吸收和光催化反应活性进行测试和分析。

4. 其他相关研究：对二氧化钛纳米管的表面修饰、光照时间等对其光催化性能的影响进行研究，并进行机理探究等相关研究工作。

三、研究预期结果通过研究不同工艺条件下制备的二氧化钛纳米管的晶体结构和形貌，以及对其光催化性能的测试，结合机理的探究，可以得出以下预期研究结果：1. 掌握二氧化钛纳米管的制备方法和实验条件，为下一步优化制备工艺和性能做好基础准备。

2. 分析二氧化钛纳米管晶体结构和形貌的变化规律，对掌握其制备工艺和使用效果具有重要意义。

3. 测试不同工艺制备的二氧化钛纳米管的光催化性能，比较它们的性能和优缺点。

4. 探究不同工艺条件下制备的二氧化钛纳米管的光催化机制，结合表面修饰等技术，为光催化技术的应用提供理论依据。