二氧化钛

前 言

纳米二氧化钛是一种重要的功能性半导体材料，迄今已广泛应用于电子、化工、环保等领域。Ti02是一种重要的无机功能材料，因其具有湿敏、气敏、光电转换、介电效应及优越的光催化等性能，使其在传感器、介电材料、光电材料、自洁材料和催化剂及载体等领域具有广泛的应用前景。与普通Ti02纳米粉体相比，由Ti02转化而来的钛氧纳米管具有特殊的管状结构，高比表面积，和更强的吸附能力，更适合做催化荆或催化剂载体。而且通过进一步的修饰，有望得到性能优异的功能材料。本文对所制备的Ti02纳米粉体及钛氧纳米管迸一步修饰，表征它们的结构，并对修饰前后材料的光催化性能或气敏性能进行研究。

二氧化钛的应用

(1)汽车工业

当纳米Ti02与铝粉颜料或云母珠光颜料以1：1或2：l拼合于涂料体系时，所形成的涂层，从不同的方向均能观察到不同的闪色。在照光区呈现出一种多黄色亮点，而在测光区则呈现出兰色相似的乳光，并能增加会属面漆颜色的饱和度和视角闪色性。由于超细Ti02这独特的光学性能，使它倍受汽车行业的青睐而一跃成为当代最高档次的效应颜料。

(2)催化剂和光催化剂

纳米Ti02由于尺寸小，比表面积比较大，表面键态与颗粒内部不同，表面原子配位不全等导致表面的活性位置增多。另外，随着粒径的减小，表面光滑程度变差，形成了凹凸不平的原子台阶，加大了反应接触面。有人预计超微粒催化剂很可能成为催化反应的主要角色，它的应用前途十分广阔，可用在光敏催化剂和吸附剂等方面。简单地描述为以下几个步骤： 1. 初级过程形成荷电载流子； 2.载流子的捕获；

3.载流子在催化剂表面复合；

4.界面间电荷转移，发生氧化一还原反应。晶型结构的差异是影响；

Ti02光催化性能的主要因素之一。Domenech研究了不同晶型Ti02光催化处理含CN一废水的相对活性，发现金红石型Ti02处理的效果要好于锐钛矿型，而处理效果，则是锐钛矿型优于金红石型。Bickley等人认为单一锐钛矿型和金红石型Ti02的光催化活性均较差，而其混晶有更高的催化活性。

(3)防晒化妆品

由于超细Ti02具有优异的紫外线屏蔽性，可见光透过性、无毒性以及透明性等特点使它成为配制防晒化妆品的理想材料。如在配方中添加一定的超细Ti02，便可充分屏蔽紫外线。

2.纳米钛氧化物的制备

二氧化钛作为一种氧化物半导体材料，具有广泛的应用前景。它在力学，电学，磁学，光学以及热学性能上具有很好的应用价值，许多相关的研究已见报导。由于纳米粒子较细，其吸收紫外线的能力比普通的二氧化钛强得多，并且由于其具有特殊的表面效应和粒度效应，使其具有很高的化学活性，可用作性能优良的催化剂，催化剂载体和吸附剂。另一方面，其独特的光学性能及电性能，使其在催化领域、抗紫外线吸收剂、气敏传感器件等众多领域具有广泛的应用前景，另外在光电电池方面也显示出巨大的应用潜力。由Zi02纳米粉体转化而来的中空钛氧纳米管，具有很高的比表面积和化学活性，应更具有应用潜力。而且通过进一步的修饰，有望得到性能优异的功能材料。目前，制备纳米Ti02粉体的方法很多，物理方法和物理化学综合法。 物理方法

纳米Ti02的物理制备方法主要有机械粉碎法、惰性气体冷凝法、真空蒸发法、溅射法等。机械粉碎法是利用球磨机粉碎，可得到Ti02，但该法得到的Ti02产品纯度不高，粒度分布和晶型都不理想。惰性气体冷凝法是在惰性气体气氛中蒸发工业雨Ti02粉体，然后急冷，可获得100 nm以下的纳米Ti02粉体。真空蒸发法是将工业Ti02用电子束加热蒸发，让蒸发物沉积到旋转圆盘下表面的流动油面上，在油中继续蒸发形成纳米，其粒径可细至3 nm。溅射法是在惰性气体气氛下，在阳极板和阴极蒸发材料Ti02之间加上几百伏的直流电压，使之辉光放电，放电离子撞击蒸发材料靶，靶上物质由表面蒸发。

物理化学综合法

物理化学综合法又可大致分为气相法和液相法。

1.气相法

TiCl4气相法该法先将N2通入TiCh蒸发器，预热到，经喷嘴送入高温管式反

应器；02预热到870℃后也经喷嘴送入蒸发器。TiCl4和02在900～1400℃下反应，生成的纳米微粒经粒子捕集系统，实现气固分离。该工艺的主要优点是自动化程度高，可制备出优质粉末：缺点是蒸发器结构设计复杂。

2.钛醇盐气相水解法

该工艺流程为：利用N2，02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。通过改变反应区各种蒸气的停留时间、浓度、流速以及反应温度，可以调节纳米Ti02的粒径和形状。该法制备的纳米Ti02平均粒径为10～l50nm，粉体纯度高、分散性好、表面活性大、比表面积达50～300m2／g，特别适用于精细陶瓷、催化剂材料、电子材料等。该工艺的优点是操作温度较低、能耗小，对材质要求不高，可以连续生产：但该工艺过程需要瞬间完成，要求反应物料在极短的时间内达到微观上的均匀混合，因此，对反应器的类型、加热方式、进料方式均有很高的要求。除上述两种方法外，气相法还包括钛醇盐气相沉积法等。

3.水热合成法

该法的流程之一如下；先将粗晶Ti02溶于热的H2S04中，制成溶液，再加入适量的尿素水溶液，混合后置于内衬耐腐蚀材料的密闭高压釜中进行反应，按一定的升温程序，升温，反应4~5h，得到白色粉体，过滤、洗涤、干燥、研磨后，灼烧2h即得到纳米Ti02粉体。该工艺得到的纳米Ti02粉体为球状，分散性好，粒径为9～25 nm。

4．溶胶．凝胶法

以钛醇盐Ti(OR)4、异丙醇钛等为原料，以弱极性的无水乙醇为溶剂，加入一定量的酸抑制水解或加入一定量的NH3阻止粒子的碰撞产生大粒子，加入分散剂如．胺、羟基丙脂纤维素或三醇硅烷作为中间体，经溶胶、凝胶可获得粒径为20～100nm的Ti02粉体。溶胶．凝胶法合成Ti02粉体的温度低，产品纯度高，均匀性好，化学成分准确，工艺简单，但原料价格高，有机溶剂具有一定的毒性。目前超临界流体干燥法也是制备纳米材料的一种新技术和新方法。此法有两种类型：其一是在溶剂的超临界条件下进行，其二是采用二氧化碳超临界干燥，溶剂可随二氧化碳被祛除。张敬畅等以廉价的无机盐为原料，采用溶胶-凝胶法结合

超临界流体干燥法制得热稳定性好，粒度分布均匀的纳米级的锐钛矿型二氧化钛。

5.化学沉淀法

该法所用的反应物一般为无机物，如TiCh、Ti(S04)2、TiOS04等，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Ti02水合物经洗涤、干燥和煅烧处理后即得纳米Ti02产品。用该法制得的纳米Ti02成本最低。该工艺的突出优点是原料来源广，产品的生产成本低，缺点是工艺路线长自动化程度较低，各个工序的工艺参数须严格控制，否则难以得到分散性好的纳米Ti02产品。气相法反应速度快，能实现连续化生产，而且产品纯度高、分散性好、表面活性大，在精细陶瓷材料、催化材料和电子信息材料中应用效果良好。但气相法反应要在高温下(10000℃以上)瞬间完成，对反应设备加热、迸料方式等都有很高的要求，且产量低，成本高，所以目前研究的较少。液相法生产纳米Ti02成本低、设备简单，较适用于大规模生产。但液相法生产过程中，物料局部浓度过高，晶粒大小及形状不均，分散性较差，因而影响了产品的使用效果和应用范围。

结论

本文综述了二氧化钛的性质、应用及制备方法。二氧化钛是如今重要的半导体纳米材料，有很好的发展期望及经济效益。

参考文献

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