纳米TiO2的制备及其引用VIP免费

1.1纳米材料概述纳米材料和技术是纳米科技领域最富有活力、研究内涵十分丰富的学科分支。以“纳米”来命名的材料出现在20世纪80年代，它作为一种材料的定义把纳米颗粒限制到1～100nm范围。在纳米材料发展初期，纳米材料是指纳米颗粒和由它们构成的纳米薄膜和固体。现在广义地说，纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料[1-15]。三维以下的纳米材料可称为低维纳米材料。若按形貌划分，纳米材料的基本单元可分为实心球、棒状、线状、管状、须状、空心球以及其它形状等纳米粒子。由于纳米材料的光学、电学等特性往往与其基本单元的形貌有关，因此，形貌控制合成就应运而生。纳米材料的制备在当前纳米材料科学研究中占据极为重要的地位，其关键技术是控制材料的大小和形貌并获得较窄的粒度分布。纳米材料科学是原子物理、凝聚态物理、胶体化学、固体化学、配位化学、化学反应动力学和表面、界面科学等多种学科交叉汇合而出现的新学科生长点。由于纳米材料尺寸小，可与电子的德布罗意波长、超导相干波长及原子玻尔半径相比拟，电子被局限在一个体积十分微小的纳米空间，电子运输受到限制，电子平均自由程很短，电子的局域性和相干性增强。尺度下降使纳米体系包含的原子数大大降低，宏观固定的准连续能带消失了，而表现为分立的能级，量子尺寸效应十分显著，这使得纳米体系的光、热、电、磁等物理性质与常规材料不同，出现许多新奇特性。过去通常把纳米粉末的制备方法分为两大类：物理方法和化学方法。如：液相法和气相法属于化学方法，而机械粉碎法则归为物理方法。目前主要将纳米粉末的制备方法分为气相法、液相法和固相法三种。1.2纳米TiO2概述TiO2，亦称钛白粉，是一种重要的无机功能材料[16-25]。纳米TiO2是目前应用最广泛的光催化材料，也是最具有开发前途的绿色环保型催化剂。近年来，微纳米级的TiO2因为其在光催化处理污染物、抗菌剂、食品包装、药物添加剂、高级涂料、太阳能电池及防晒剂等方面有着重要的应用而倍受重视。纳米TiO2有粒径小、透明、紫外线吸收性能强以及光电催化和抗菌等特性。特别的，由于TiO2氧化活性较高、化学稳定性好、对人体无毒害、成本低、无污染等优点，能处理多种有毒化合物，包括工业有毒溶剂、化学杀虫剂、木材防腐剂、染料及燃料油等。此外，TiO2光催化技术也被用于无机污染物的处理。TiO2光催化可能降解的无机污染物还有氰化物，SO2、H2S、NO和NO2等有害气体也能被吸附在TiO2表面，在光的作用下转化成无毒无害物质。1.3纳米TiO2的制备方法1.3.1物理法制备纳米TiO2粉体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)。氧化钛是由钛与氧组成的化合物，而金红石相氧化钛的熔点为1850℃，其沸点更高。气化-冷凝法并不适用于制备高熔点和沸点的氧化物。文献曾报道了用钛蒸汽与微量的氧反应得到氧化钛纳米晶，但这种方法其本质上仍是化学法(钛原子与氧气反应)，而且也难以大规模生产。球磨法可以将钛白粉磨细，但球磨法得到的粉体形状不规则，颗粒尺寸分布宽，也难以获得均匀的纳米粉体。1.3.2气相法气相法是直接利用气体或通过各种手段将物质变为气体，并使之在气态下发生物理变化或化学变化，最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米粒子的方法，该法制备的纳米TiO2具有粒度好、化学活性高、粒子呈球型、单分散性好、可见光透过性好、纯度高、颗粒尺寸小、颗粒团聚少、组分更易控制等特点，但产量低、成本高。1.3.3强光离子束蒸发法强光离子束蒸发法是通过强光离子束辐射Ti靶，Ti原子与周围的O2发生反应，生成超细TiO2粒子。Yukio等采用此法制备了纳米TiO2的球形颗粒，在距Ti靶330nm处收集到粒径4～45nm的颗粒，而在l00nm以内收集到微米级颗粒。该方法的优点是制备的纳米TiO2颗粒纯度高、分散性好。1.3.4等离子体蒸发冷凝法等离子体蒸发冷凝法是通过激活载气携带的原料，形成等离子体，然后迅速冷却、聚集生成超细粒子。该方法的特点是：可以生成常温、常压下的非平衡相；产生等离子体时不引入杂质，生成的纳米粒子纯度高；而且由于等离子体所处的空间大，气休流速慢，...