纳米TiO2的性能、应用及制备方法

1、纳米 TiO2的性能 应用及制备方法The PrOperties , App1icatiOns and PreparatiOns OfNanOmeter TiO 2Partic1es陈德明 , 王亭杰 , 雨山江 , 金 涌 (清华大学化工系 , 北京 100084 CENDe -ming , WANG Ting -jie , Y Shan -jiang , JIN YOng (Department Of Chemica1Engineering , Tsinghua niversity , Beijing 100084, China 摘要 :纳米 TiO2具有独特的光催化性 优异的颜色效应以及

2、紫外线屏蔽等功能 , 在光催化剂 化妆品 抗紫外线吸收剂 功能陶瓷 气敏传感器件等方面具有广阔的应用前景 , 国内外文献对纳米 TiO2的性质 应用及其制备方法进 行了大量的研究报道 , 本工作对有关纳米 TiO 2的性能 应用及制备方法研究进行了综述 ,关键词 :纳米 TiO2;光催化 ; 纳米颗粒 ; 制备 ; 应用中图分类号 :TB 383文献标识码 :A 文章编号 :1001-4381(2002 11-0042-06Abstract :NanOmeter TiO 2partic1es have unigue phOtO -cata1ysis , exce11ent cO1Oring e

3、ffect and u1tra-viO1et shie1ding functiOn . There are prOmising app1icatiOn prOspects in cata1yst , cOsmetics , anti -u1-traviO1et , functiOna1ceramics , gas -sensitive sensOrs and sO On . Many researches have fOcused On the prOperties , app1icatiOns and preparatiOns Of nanOmeter TiO 2partic1es in r

4、ecent years . In this pa-per , the research situatiOn abOut the prOperties , app1icatiOns and preparatiOns Of nanOmeter TiO 2 partic1es are reviewed .Key words :nanOmeter TiO 2; phOtO -cata1ysis ; nanO -partic1es ; preparatiOn ; app1icatiOn纳米技术是 20世纪末出现的高新技术 , 在材料科学技术领域占有重要地位 , 有望成为 21世纪新的经济增长点 , 纳米

5、材料的制备 性能及其应用的研究已经成为人们共同关注的前沿课题 , 在众多的纳米材料中 , 纳米 TiO2因其具有独特的光催化性 优异的颜色效应及紫外线屏蔽等功能 , 在催化剂载体 抗紫外线吸收剂 功能陶瓷 气敏传感器件以及在相关军事等方面都具有广阔的应用前景 ,自 1972年 Fujishima 等 1用 n -TiO2半导体和 Pt作为电极发现 , 用光照射半导体电极时 , 在较低的电压下就可将水电解为 2 和 O2,此后很多学者对纳米TiO 2进行大量研究 , 本工作综述了纳米 TiO 2的性能 应用及其制备方法 ,1纳米 TiO 2的性能纳米 TiO2除了具有与普通纳米材料一样的表面 效

6、应 小尺寸效应 量子尺寸效应和宏观量子隧道效 应等外 , 还具有其特殊的性质 , 尤其是催化性能 , 1. 1基本物化特性纳米 TiO2有金红石 锐钛矿和板钛矿 3种晶型 , 金红石和锐钛矿属四方晶系 , 板钛矿属正交晶系 , 一 般 情 况 下 , 板 钛 矿 在 650 转 变 为 锐 钛 矿 , 锐 钛 矿 915 转 变 为 金 红 石 , 结 构 转 变 温 度 与 TiO 2颗 粒 大 小 含杂质及其制备方法有关 , 颗粒愈小 , 转变温度 愈 低 , 锐 钛 型 纳 米 TiO2向 金 红 石 型 转 变 的 温 度 为 600 或低于此温度 ,纳米 TiO2化学性能稳定 , 常

7、温下几乎不与其它 化合物反应 , 不溶于水 稀酸 , 微溶于碱和热硝酸 , 不与空气中 CO2, SO 2, O 2等反应 , 具有生物惰性 , 纳米 TiO2具有热稳定性 , 无毒性 2,1. 2光催化性纳米 TiO2是一种 n 型半导体材料 , 禁带宽度较 宽 , 其中锐钛型为 3. 2eV , 金红石型为 3. 0eV , 当它 吸收了波长小于或等于 387. 5nm 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 +, 吸附在 TiO 2表 面 的 氧 俘 获 电 子 形 成 O 2-, 而 空

8、 穴 则 将 吸 附 在 TiO 2表 面 的 O-和 2O 氧 化 成 具 有 强 氧 化 性 的 O, 反应生成的原子氧 氢氧自由基都有很强的化学 活性 , 氧化降解大多数有机污染物 , 同时空穴本身也 可夺取吸附在半导体表面的有机物质中的电子 , 使原 本不吸收光的物质被直接氧化分解 , 这两种氧化方式 可能单独起作用也可能同时起作用 , 对于不同的物质 两种氧化方式参与作用的程度有所不同 3, 这些原子24材料工程 /2002年 11期氧 氢氧自由基和空穴还能与细菌内的有机物反应 ,生成 CO Z , H Z O 及一些简单的无机物 , 从而杀死细菌 ,清除恶臭和油污 4此外 , 半导

9、体表面产生的高活性 电子具有很强的还原能力 , 电子受体可直接接受光生 电子而被还原 , 故也可用来还原去除环境中的某些特 定污染物 , 如 :Cu Z +等有毒离子 5另外 , 光催化效 率 与 激 发态 电子 空 穴 到 达 表 面 的 时 间 有 关 , 纳 米 TiO Z 粒子作为光催化剂 , 其粒径越小 , 电子 空穴到 达反应表面的数量越多 , 光催化效率越高但是 , 由于 TiOZ本身禁带宽 , 产生的电子 -空穴 对不仅极易复合而且寿命较短 , 光响应范围较窄 , 使 光催化活性受到了一定的限制 , 且利用的光谱范围受到一定的限制 影响 TiOZ光催化活性的因素很多 , 例如

10、TiOZ粒子的晶型 粒径 表面形态等 , 实验表明 ,锐 钛 型 纳米 TiO Z 较金 红 石 型纳 米 TiOZ具 有 更 高 的催化效率 6为了改善 TiOZ光催化活性 , 提高光催化效率 , 有关 TiOZ微粒的制备方法 掺杂金属离子 掺 杂有机染料 催化剂载体 负载贵金属 表面处理 在禁带引入中间能级 不同气氛处理等方面一直是 TiO Z 光催化剂的研究热点 7 l 02纳米 TiO 2的应用2. l 光催化剂方面的应用由于纳米 TiOZ的粒径小 , 表面分子比例高 , 比表 面积 表面能及表面结合力大 , 表面活性中心多 , 催化效率高 , 且纳米 TiOZ对环境无二次污染 , 在

11、污水净 化 抗菌杀菌等方面具有十分广阔的应用前景 现已发现纳米 TiOZ能处理 80多种有毒化合物 , 包括工业 有毒溶剂 化学杀虫剂 防腐剂 染料及油污等 ll , l Z ;纳米 TiOZ对绿脓杆菌 大肠杆菌 金黄色葡萄糖菌 沙 门 氏 菌 芽 枝 菌 和 曲 霉 菌 等 具 有 很 强 的 杀 菌 能力 l3TiOZ作为光催化剂的应用形式主要有两种 :一是悬浮液 , 如 TiOZ , TiO Z /SiO Z , TiO Z /ZnO , TiO Z /Pt 等悬浮液等 ; 二是固定态 , 如 TiOZ负载于沙子 水泥 玻璃纤维 木屑等 , 纳米 TiOZ偶联于硅铝空心球 陶 瓷 颗 粒

12、 陶瓷 空心 球 或 实 心 球 , 空 心 玻 璃 球 负 载 于 TiO Z 薄膜 , TiO Z 和 CMC -Na 混合负载于玻璃等 日 本名 古屋 工 业技 术 研 究 所采 用 多 孔 性 硅 胶 中的微孔作为 TiOZ纳米粒子的载体 , 生产出比表面积高于 450m Z /g 的适用于染色废水脱色处理的 TiO Z 光催化剂 , 并已工业化 但该法中 TiOZ与多孔性硅胶间需用粘结剂 , 常使 TiOZ降低部分光催化活性 l4日本 神 户制 钢 所采用特殊 的 阳 极 氧化 法 和 表 面 处 理 技 术使金属钛材表面形成光催化活性很高的锐钛型 TiO Z 膜 , 在水处理中显示

13、了极高的催化活性 , 而且这种膜 可重复使用l989年 , 通用汽车公司 Donald beck 研究用纳米 TiO Z 去除 汽车 废气 (含硫化氢 D 中的硫 , 表明纳米 TiO Z 在 500C 经 7h 后从模拟废气中除去的总硫量比 用通常 TiOZ除去量约高 5倍 而且纳米 TiOZ至少可 以 经 历 l Z 次 的 反 复 使 用 而 保 持 光 分 解 效 率 基 本 不 变 , 连续 580min 光照下保持其光化学活性2. 2在化妆品方面的应用纳米 TiOZ无毒 无味 , 不分解 不变质 , 吸收紫 外线能力强 , 对长波 (3Z 0*400nm D 和中波 (Z 80*

14、3Z 0nm D 均有屏蔽作用 , 且纳米 TiO Z 自身为白色 , 可 以随意着色 , 在防晒霜 粉底霜 口红 防晒摩丝等 化 妆 品 中 得 到 广 泛 应 用 在 化 妆 品 中 添 加 的 纳 米 TiO Z , 金红石型优于锐钛型 而且纳米 TiO Z 的粒径对 紫 外线的吸收能力和遮盖力影响很大 , 一般以 30* 50nm 粒径为最佳在作为防晒物质的应用中 , 为了封闭纳米 TiO Z 的催化活性 , 提高耐候性 稳定性和分散性 , 需要对 纳米 TiOZ进行表面处理 用无机物 (如铝 硅 锆 D进行表面处理 , 可以封闭 TiOZ的光催化活性 , 提高耐 候性与稳定性 ; 用

15、有机物 (如月桂酸 硬脂酸等 D 进行 TiOZ表面处理 , 可以改进 TiOZ在不同介质中的分 散性 l52. 3在光电转化方面的应用将纳米 TiOZ制成覆盖于染料薄膜的半导体纳米 TiO Z 多孔膜作为太阳能电池的工作电极 , 由染料承担吸收光和给出电荷的作用 , 半导体纳米 TiOZ多孔膜 则承担支撑染料 接受激发态染料给出的电荷和传导 电荷的作用 , 它涉及的是半导体的多数载流子 , 晶体 缺陷可降低电子与空穴的复合几率 , 大大提高光电转 换效率和稳定性 这种新型结构的太阳能电池工作时 没有净变化 , 只是将太阳能转换成电能 , 因此 , 该光 电转换体系有利于提高太阳能的效率 ,

16、具有重大的应 用价值 l62. 4在气敏传感器 湿度传感器 PTC 元件方面的应 用纳米 TiOZ的电学性能随周围 气 体 组 成 而 改 变 , 当外界环境发生变化时 , 会迅速引起表面或界面离子 价态和电子运输的变化 利用这种性质可进行气体成分监测和定量测定 , 如纳米 TiOZ酒精气体传感器和纳米 TiOZ湿度传感器 l7纳米 TiOZ传感器具有响应速度快 灵敏度高 选择性好等特点 另外 , 纳米 TiO Z 是制 造 PTC 元件所用固相 复 合 铁 电 材 料 baTiO 3的关键原料2. 5在调色剂方面的应用纳米 TiOZ具有随角变色特性 , 利用纳米 TiO Z 与 34纳 米

17、TiOZ的 性 能 应 用 及 制 备 方 法云母珠光颜料复合制成汽车等金属闪光面漆 , 所形成 的涂层 , 在照光区呈现出一种多黄色亮点 , 而在侧光 区则呈现与蓝色相似的乳光 , 并能增加金属面漆颜色 的饱合度和视角闪色性 纳米 TiO2的颜色随粒径变 化 , 粒径越小 , 颜色越深 因此 , 在制备印刷油墨时 , 可 以 通 过添 加不 同 粒径 的 纳 米 颗粒 来 调 节 油 墨 的 颜 色 16z. 6在陶瓷方面应用1987年美国和西德同时报道 , 成功制备了具有清洁界面的陶瓷二氧化钛 18在陶瓷中添加纳米 TiO 2, 可以使陶瓷具有更好的形变性和断裂韧性 , 大大提高陶 瓷 的

18、 强度 , 而且 它 的 应变 率 随 晶 粒 尺 寸 减 小 而 增大 纳米 TiO 2 陶瓷的这种塑性主要是因为纳米 TiO 2陶瓷中高浓度的界面和短距离扩散 , 原子在纳米 TiO 2陶瓷中可迅速扩散 , 原子迁移比通常的多晶样品快好几个数量级 , 短距离扩散增加了滑动的可能性 , 边界滑动造成初裂能移迅速得到原子愈合 纳米 TiO 2(约 8nm D 陶瓷在 80*180C下 , 外力作用下具有呈正弦形塑性弯曲的特性 , 即使是带裂纹的 TiO2纳米陶瓷也 能经受一定程度的曲变而裂纹不扩散 Siegel 制成的氧化钛系 (TiO2, 12nm D 纳米陶瓷具有可弯曲 100%的良好韧性

19、 19同时 , 用纳米 TiO2粉末制作的纳米陶瓷 , 在较低 的温度条件下即可获得致密的烧结体 , 可以大大提高功能陶瓷的性能 , 降低烧结温度 利用纳米 TiO 2的光催化作用 , 将纳米 TiO2制成的瓷釉涂在陶瓷制品表 面 , 具有抗菌消毒 净化室内空气的作用 另外 , 在电子陶瓷中 , 金红石型纳米 TiO2还是制造高介电常 数的陶瓷电容器 微晶活性材料和钛酸盐铁电压电陶 瓷的主要原料z. 7在其它方面的应用纳米 TiO2粒子对不同的电磁波有强烈的吸收作 用 , 能有效地吸收入射雷达波和红外线 , 而且其尺寸 小于雷达波和红外线的波长 , 透射率也较高 , 从而可 以使雷达波和红外线

20、的反射信号大大降低 , 如在战机表面涂上一层纳米 TiO2吸波材料 , 可起到 隐形 作 用纳米 TiO 2 和 Al2O 3, SiO 2, Fe 2O 3等的复合颗粒在红外波段有很强的吸收作用 , 它们与纤维物复合能 制成远红外功能织物 , 这种纤维对人体释放的红外线 有很好的屏蔽作用 , 同时织物以高效发射出同样波长 的远红外线 , 这样人体皮肤吸收远红外线 , 转换成热 量向人体内部传播 , 能够增强保暖效果 另外 , 纳米 TiO 2添加在织物中 , 还能使其具有防紫外线和抗菌的 作用另外 , 将纳米 TiO 2 填充在塑料中 , 可以提高塑料的 强度 韧性 耐酸碱性 如用 2%的

21、NDZ -101处理过的纳米 TiO2填充不饱和聚酯 , 大大提高了材料的 强度 韧性与耐酸碱性 203纳米 TiO z 的制备制备纳米 TiO2的方法很多 , 基本上可分为气相 法 液相法和固相法3. 1气相法3. 1. 1物理气相沉积法 (PVD D 21,22用 电 弧 高频或等离子体 等 高 温 热 源 将 原 料 加 热 , 使之汽化或形成等离子体 , 然后骤冷使之凝聚成纳米粒子 用该方法制备的纳米 TiO2纯度较高 分布 均匀 粒径小 分散性好 , 粒子的粒径大小及分布可 以通过改变气体压力和加热温度进行控制 但技术 设备要求高 , 所以成本高3. 1. 2化学气相沉积法 (CVD

22、 D一般采用等离子气相合成纳米 TiO2,有直流电弧 等离子体法 (DC 法 D 高频等离子体法 (RF 法 D 和复 合等离子体法 (Hybrid PlaSma 法 D DC 法是利用电极 间电弧产生高温将反应气体等离子化 , 但电极易溶化 或蒸发而污染产品 ; RF 法没有电极污染 , 但相对于 DC 法其能量利用率低 , 稳定性较差 ; 复合等离子体法 是将 DC 法和 RF 法相结合 , 利用二者的优点 , 多用于 超细陶瓷粉末的制备(1D 气相合成法 23,24利用钛醇盐 Ti (OR D4经喷雾和惰性气体激冷形 成亚微米级的液滴 , 然后同水蒸气反应 , 在较低温度下合成了纳米 T

23、iO2其化学反应为 :nTi (OR D 4(g D +2nH 2O (g D -nTiO 2(S D +4nROH (g D采用该法制备纳米 TiO2纯度高 单分散性好 , 但 技术 设备要求高 , 产量低 , 成本高(2D 气相氧化法 25该法一般以 TiCl4为原料 , O2为氧源 , N2, Ar 作 为稀释气 (或载气 D , 把 TiCl4蒸汽带入反应器 , TiCl 4与 O2在 900*1400C下反应 , 其化学反应式为 : TiCl 4(g D +O 2(g D -TiO 2(S D +2Cl 2(g D采用该工艺自动化程度高 , 制备的纳米 TiO 2粒 度好 , 单分散

24、性好 , 透光性好 , 但技术 设备要求高 , 生产能力低 , 产品成本高(3D 气相水解法 26该法通常以钛醇盐为原料 , 用氮气 氦气或空气 作载气 , 把钛醇盐蒸气和水蒸气分别导入反应器的反 应区 , 进行瞬间混合和快速水解反应 , 其反应式为 : nTi (OR D 4(g D +4nH 2O (g D -44材料工程 /2002年 11期HTi (OH 4(S +4HROH (g HTi (OH 4(S -HTiO 2-H 2O (S +HH 2O (g HTiO 2-H 2O (S -HTiO 2(S +HH 2O (g 该工艺可以通过控制蒸汽的停留时间 摩尔比 流速 浓度以及反应

25、温度来调节纳米 TiO2的粒径和 形状 制得粒径 1O15O Hm 比表面积 5O3OO m 2/g的非晶型纳米 TiO 20 该工艺操作温度较低 能耗小 对设备的材质要求不高 可连续生产 0(4 气相热解法 27通常采用简单的单温炉 在真空或惰性气氛下加 热至所需温度后 导入反应气体 使之发生热分解反 应 最后在反应区沉积出纳米 TiO20其反应式为 : Ti (OC 4H 9 4(g -TiO 2(S +4C 4H 8(g +2H 2O (g C 4H 8(g +6O 2-4CO 2(g +4H 2O (g 该法制备的纳米 TiO2化学活性高 分散性好 可以 通 过控制 Ti (OC4H

26、9 4的 浓 度和 炉温 来 控 制 纳米 TiO 2的粒径分布 但投资大 成本高 0(5 气相氢氧火焰法 28该法以 TiCl 4 为原料 将 TiCl4气体在氢氧焰中(7OO1OOOC 进行高温水解而制取纳米 TiO 2其化 学反应式为 :TiCl 4(g +2H 2+O 2-TiO 2(S +4HCl (g 该工艺得到的纳米 TiO2一般是锐钛型和金红石 型 的 混 晶 型 产 品 纯 度 高 (99-5% 粒 径 小 (21Hm 表面活性大 分散性好 团聚程度较小 主 要用于电子材料 催化剂和功能陶瓷 电子化工材料 0该工艺的自动化程度高 但其过程温度较高 设备材 质要求较高 对工艺参

27、数控制要求精确 因此产品成 本较高 0国外应用该法比较多 如德国的 DeguSSa 公 司 日本的曹达公司 出光兴产公司等均采用此法生产纳米 TiO203-2液相法3-2-1胶溶法 29一般以硫酸氧钛为原料 加酸使其形成溶胶 经 表面活性剂处理 得到浆状胶粒 然后通过热处理使之分解即可得到纳米 TiO2粒子 0其反应原理如下 :沉淀反应 :TiO 2+OH -TiO (OH +TiO (OH +OH -TiO (OH 2溶胶反应 :TiO (OH 2+H +-TiO (OH +-H 2O 热解反应 :TiO (OH 2-TiO 2+H 2O用该法制备的纳米 TiO2粉体分散性好 烧结活 性好

28、但成本高 不易大量生产 03-2-2溶胶 -凝胶法 (Sol -Gel 3O 31该方法是以有机或无机钛盐为原料 在有机介质 中进行水解 缩聚反应 使溶液经溶胶 -凝胶化过程得 到凝胶 凝胶经加热 (或冷冻 干燥 煅烧得到产品 0反应过程为 :水 解 反 应 :Ti (OR 4+HH 2O -Ti (OR (4-H (OH H +HROH缩聚反应 :2TiOH -TiOTi +H2OTiOR +HOTi -TiOTi +ROH溶剂化反应 :Ti (OR 4+mR /OH -Ti (OR (4-m (OR / m +mROH水解反应可能包含对金属离子的配位 水分子的 氢可能与 OR 基的氧通过氢

29、键引起水解 在溶液内原 钛酸和负一价的原钛酸离子发生缩聚反应 生成钛酸 二聚体 并进一步作用生成三聚体 四聚体等多钛酸 0在形成多钛酸时 Ti O Ti 键也可以在链的中部形 成 这样可得到支链多钛酸 0而多钛酸可以进一步聚合形成胶态二氧化钛 0用该法得到的纳米 TiO 2粉体 均匀分布 纯度高 分散性好 煅烧温度低 反应易 控制 副反应少 设备和工艺操作简单 但原料成本 较高 工艺时间长 干燥 煅烧时凝胶体积收缩大 易造成纳米 TiO2颗粒间的团聚 0另外 张敬畅等人用廉价的无机盐 (TiCl4 为原 料 采用溶胶 -凝胶法 (Sol -Gel 结合超临界流体干燥技术 (SCFD 制备出粒径

30、为 36Hm 的球形的锐钛型纳米 TiO2粉 体 320该 方 法 先 用 Sol -Gel 法 制 备 出 TiO 2水合物 再转化为醇凝胶 将凝胶置于高温高压 釜中 使之达到临界状态 凝胶中的流体无表面张力 在恒温条件下缓慢释放流体 这样较大程度地消除了 凝胶团聚的表面张力 然后冷却至室温 这样即可得到白色纳米 TiO2气凝胶粉体 03-2-3沉淀法(1 直接沉淀法一般以硫酸氧钛为原料 用氨水为沉淀剂 沉淀出 TiO (OH 2然后经过滤 干燥 高温热处理分解即可制得纳米 TiO2其反应机理为 :TiOSO 4+2NH 3-H 2O -TiO (OH 2+ (NH 4 2SO 4TiO (

31、OH 2-TiO 2+H 2O该法设备工艺简单 技术要求不高 成本低 但沉淀洗涤困难 制得的纳米 TiO2的粒度分布较宽 易 引入杂质 0(2 均匀沉淀法 33该 法 不是直接加入沉淀 剂 而 是 加 入 某 种 物 质 (如尿素 该物质并不直接与 TiOSO 4发生反应 而 是通过它在溶液中的化学反应 缓慢均匀地释放出沉淀剂 (如氨水 沉淀剂再与 TiOSO4进行沉淀反应 然后将沉淀物过滤 洗涤 热处理 (约 9OOC 即可 54纳 米 TiO2的 性 能 应 用 及 制 备 方 法得 i 纳米颗粒 反应原理为 :33i S 3iSi i s该法得到的产品颗粒均匀 致密 便于过滤洗涤 是目前

32、工业化看好的一种方法 据报道 韩国最近采 用均匀沉淀法已成功地开发了一种常温下水解 i l 制备纳米 i 的新工艺3. . 微乳液 W /法 3 微乳液通常由表面活性剂 助表面活性剂 通常 为醇类 油 通常为烃类 和水 或水溶液 组成 它是各向同性的 透明或半透明的热力学稳定体系 在 W /型微乳液中 水核 被主要由表面活性剂和 助表面活性剂组成的界面膜所包围 其尺寸往往在 5 1OO nm 之间 是 很 好 的 反应 介质 i 颗 粒 的 成 核 晶体生长 聚结团聚等过程就是在水核中进行的 通过调整微乳 液的 组 成 和 结构 等因 素 实 现对 i 微粒尺寸 形态 结构乃至物性的人为调控

33、微乳液 法的优点是装置简单 能耗低 操作容易 粒径分布 窄 容易控制3. . 5中和水解法以 i l 为原料 将其稀释到一定浓度后 加入碱 性溶液进行中和水解 所得的 i l 水合物经洗涤 干 燥和煅烧处理后即得纳米 i 产品 其反应为 : i -ii i s该方法工艺简单 但制得的纳米 i 粒度分布 较宽 英国的 ioxide 公司用加碱中和水解法合成针 状金红石型纳米 i 产品3. 3固相法该法用固态物料热分解或固 -固反应进行的 它 包括氧化还原法 热解法和反应法 比较常用的偏钛 酸热解法制备纳米 i 该法工艺简单 操作易行 可 批量生产 但制得的纳米 i 粒径分布较宽4结语由于纳米 i

34、 的独特性能 已经成为国内外材 料科学界的研究开发热点 在纳米 i 的制备和应 用过程中 以下一些问题还有待于深入研究1 完善纳米 i 的制备工艺 研究制备工艺的 工程放大开发廉价原料如 i S i S i l 等可产业化的纳米 i 制备的工艺及设备3 研究纳米 i 颗粒有效的单分散方法提高纳米 i 颗粒的光催化效率及污水处 理中的利用率参考文献1Fujishiman A onda K . Electrochemical proteolysis of water at a semiconductor J . ature 197 38 :37 38. Linsebiger A L Lu Gang

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46、Sato Komasawa I. Mechanism of f ormation of titanium dioxide ultraf ine particles in reverse micelles by hydrolysis of titanium tetrabutoxide J . Ind Eng Chem Res ( 12 : 3 14 3 19. 高等学校博士学 1993 32 25 李春忠 朱以华 细 TiO 2 光 催 化 材 料 的 研 究 J . 无 机 材 料 学 报 ( 5 : 717 26 725. Casey J D aggerty J S. Laser-induc

47、ed vapour-phase sythesis of titanium dioxide J . J Mater Sci 1987 22 ( 12 : 43 7 4312. 基 金项目 : 国家自然科学基金 ( 批准号 : 299 6 科点专项科研基金 ( 批准号 : 99 Kousaka Y Wu Jin Jwang etal. Production of 收稿日期 : 2 程专业 作 者简介 : 陈德明 ( 1973- 331 资助 2- 9- 8 化学工 2- 2-26; 修改日期 : 2 4 27 Okuyama K ultra-f ine metal oxide aerosol pa

48、rticles by thermal decom-position of metal alkoxide vapors J . AIChE Journal 1986 32 ( 12 : 2 1 28 2 19 . 姚超 朱毅青 成庆堂 顾立新 . 纳米级二氧化钛粉体的制备 男 清华大学化工系硕士研究生 84 o 联系地址 : 清华大学化工系 ( 1 ( 上接第 31 页 表明 粗糙度也随退火温度的升高而增加 其 2Mm 2 区 域内的平均粗糙度分别为 4. 5 5. 37 5. 88 6. 24nmo 退火过程中的晶粒长大是由晶界移动造成的 o 晶 粒边界具有一定的过剩能量 o 在一定条件下 学

49、有关 6 o 退火使晶粒边界被激活 融合 晶粒边 随退火温度升高而增大 但在较高温度下增长速度趋 缓o 参考文献 1 J F Scott and C A Araujo. Ferroelectric memories J . Science 1989 246 14 2 14 5. 界会发生移动 这种移动的激活能与晶粒边界的结晶 晶界发生移动并 这个过程就 从而使晶粒长大 o 退火温度越高 W A Geideman. Progress in f erroelectric memory technology J . IEEE Trans FFC 1991 38: 7 4 王耘波 谢基凡 741. 朱

50、丽丽 . 铁 21. 王华 于军 周文利 周东祥 3 越快 就将有更多的晶界被融合 晶粒尺寸也就越大 o 然而 晶粒尺寸达到一定程度以后 晶界的移动将变 得缓慢 因而晶粒增长也随之变缓 o 电 场效应晶体管 J . 电子元件与材料 2 4 19 ( 2 : 19 J F Scott. Ferroelectric memories today J . Ferroelectrics 2 241: 247 258. 5 E C Sbbarao. Crystal chemistry of mixed bismuth oxides with layer-type structure J . Journa

51、l of the American Ceramic Society 1962 45 ( 4 : 166 169. 3 结论 6 采用 Sol-Gel 工艺 在分层快速退火的工艺条件 下 淀积在 Si 衬底上的 Bi 4 Ti 3 O 12 薄膜经 55 85 退火处理均为多晶铁电薄膜 而且均未出现焦绿石 相 o 退火温度对 Si 基 Bi 4 Ti 3 O 12 铁电薄膜晶相结构 晶 粒尺寸及表面形貌有重大影响 : 退火温度低于 45 时薄膜为非晶状态 退火温度在 55 85 范围时均 为多晶薄膜 而且随退火温度升高 Bi 4 Ti 3 O 12 薄膜更 趋向于沿 c 轴取向的生长 ; 而晶粒

52、尺寸及薄膜粗糙度 K Ntu J W Mayer L C Feldman. Electric Thin Film Sciences: For Electrical Engineers 8 Material Scientists M . Macmilan College Publishing Company 1992. 基 金项目 : 国家自然科学基金项目资助 ( 69771 24 和广西教育厅基金 项目资助 ( 桂教科研 2 收稿日期 : 2 2- 4-22; 作 者简介 : 王华 ( 1965- 工程系 ( 541 156 修订日期 : 2 2- 9- 9 男 博士 副教授 o 目前主要从事

53、铁电薄膜 材 料及应用器件的研究 联系地址 : 广西桂林电子工业学院通信与信息 4 o 纳米TiO2的性能、应用及制备方法 作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期： 被引用次数： 陈德明， 王亭杰， 雨山江， 金涌 清华大学化工系,北京,100084 材料工程 JOURNAL OF MATERIALS ENGINEERING 2002(11 35次 参考文献(34条 1.Fujishiman A.Honda K Electrochemical proteolysis of water at a semiconductor外文期刊 1972(238 2.Linsebiger A L.

54、Lu Gangquan.Yates J T Photo-catalysis on TiO2 surface: principles, mechanism and selected results外文期刊 1995(03 3.Hoffmann M R.Martin S T Environmental application of semiconductor photo-catalysis外文期刊 1995(01 4.GOSWAMI D Y A review of engineering developments of aqueous phase solar photocatalytic deto

55、xification and disinfection processes外文期刊 1997(2 5.罗菊仙.赵中一 半导体多相光催化氧化技术在环境保护中的应用研究进展期刊论文-地球科学-中国地质大学学报 2000(05 6.Keichi T Effect of crystallinity of TiO2 on its photocatalytic action 1991 7.Nazceruddin M K.Kay A.Rodicio I Conversion of light to electricity by cis-X2B is(2, 2 prime bipyridyl-4, 4 pri

56、me -dicarboxylaterutheniu m(II charge-transfer sensitizers (X = Cl-, Br-, I-, CN-, and SCN- on nanocrystalline TiO2 electrodes外文期刊 1993(14 8.Henrik L.Hakan R.Sven S Electron transport properties in dye-sensitized-nanocrystalline TiO2 films外 文期刊 1996(08 9.Chen Lung-Chyunan.Chou Tse-Chuan Photodecolorization of methyl orange using silver ion modified TiO2 as photocatalyst Ind外文期刊 1994(06 10.Serpone N.Lawless D.Disdier J Spectroscopic, photoconductivity, and photocatalytic