現(xiàn)代無(wú)機(jī)合成

1、 現(xiàn)代無(wú)機(jī)合成技術(shù)姓 名： 楊芳芳 學(xué) 號(hào)： 141320133 所屬學(xué)院： 化學(xué)學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 物理化學(xué) 班 級(jí)： 化學(xué)2班 導(dǎo) 師： 王野 2015 年 1 月 5 日納米TiO2的性能、應(yīng)用及其制備方法綜述摘要：納米TiO2具有獨(dú)特的光催化性、優(yōu)異的顏色效應(yīng)以及紫外線屏蔽等功能，在光催化劑、化妝品、抗紫外線吸收劑、功能陶瓷、氣敏傳感器件等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。同時(shí)它也是一種新型的無(wú)機(jī)功能材料，顯示出很多傳統(tǒng)二氧化鈦所不具備的奇異的性能，在光電轉(zhuǎn)換和光催化方面有廣闊的應(yīng)用前景，其制備以及應(yīng)用已經(jīng)成為材料研究的熱點(diǎn)之一。本文對(duì)有關(guān)納米TiO2的性能、應(yīng)用及制備方法研究進(jìn)行了綜述。關(guān)鍵字：納

2、米TiO2、性能、應(yīng)用、制備一、簡(jiǎn)介： 納米二氧化鈦：亦稱(chēng)納米鈦白粉。從尺寸大小來(lái)說(shuō)，通常產(chǎn)生物理化學(xué)性質(zhì)顯著變化的細(xì)小微粒的尺寸在100納米以下，其外觀為白色疏松粉末。具有抗紫外線、抗菌、自潔凈、抗老化功效，可用于化妝品、功能纖維、塑料、油墨、涂料、油漆、精細(xì)陶瓷等領(lǐng)域。二、分類(lèi)：、按照晶型可分為:金紅石型納米鈦白粉和銳鈦型納米鈦白粉。、按照其表面特性可分為:親水性納米鈦白粉和親油性納米鈦白粉。、按照外觀來(lái)分有，粉體和液體之分，粉體一般都是白色液體有白 色和半透明狀。三、納米TiO2的性能 納米TiO2除了具有與普通納米材料一樣的表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等外，還具

3、有其特殊的性質(zhì)，尤其是催化性能。3.1基本物化特性 納米TiO2有金紅石、銳鈦礦和板鈦礦3種晶型。金紅石和銳鈦礦屬四方晶系，板鈦礦屬正交晶系，一般情況下，板鈦礦在650轉(zhuǎn)變?yōu)殇J鈦礦，銳鈦礦915轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變溫度與TiO2顆粒大小、含雜質(zhì)及其制備方法有關(guān)，顆粒愈小，轉(zhuǎn)變溫度愈低，銳鈦型納米TiO2向金紅石型轉(zhuǎn)變的溫度為600或低于此溫度，納米TiO2化學(xué)性能穩(wěn)定，常溫下幾乎不與其它化合物反應(yīng)，不溶于水、稀酸，微溶于堿和熱硝酸，不與空氣中CO2、SO2、O2等反應(yīng)，具有生物惰性和熱穩(wěn)定性，無(wú)毒性1。3.2光催化性 利用有些半導(dǎo)體材料對(duì)有機(jī)污染物進(jìn)行光催化降解，最終使其生成無(wú)毒、無(wú)味的CO

4、2、H2O和一些簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物，正在成為環(huán)保領(lǐng)域的一項(xiàng)工業(yè)化技術(shù)。納米TiO2是一種n型半導(dǎo)體材料，禁帶寬度較寬，其中銳鈦型為3.2 eV,金紅石型為3.0eV，當(dāng)它吸收了波長(zhǎng)小于或等于387.5nm的光子后，價(jià)帶中的電子就會(huì)被激發(fā)到導(dǎo)帶，形成帶負(fù)電的高活性電子e-，同時(shí)在價(jià)帶上產(chǎn)生帶正電的空穴h+，吸附在TiO2表面的氧俘獲電子形成O2-，而空穴則將吸附在TiO2表面的OH-和H2O氧化成具有強(qiáng)氧化性的OH，反應(yīng)生成的原子氧、氫氧自由基都有很強(qiáng)的化學(xué)活性，氧化降解大多數(shù)有機(jī)污染物,同時(shí)空穴本身也可奪取吸附在半導(dǎo)體表面的有機(jī)物質(zhì)中的電子，使原本不吸收光的物質(zhì)被直接氧化分解，這兩種氧化方式可能單獨(dú)

5、起作用也可能同時(shí)起作用，對(duì)于不同的物質(zhì)兩種氧化方式參與作用的程度有所不同2。此外，許多有機(jī)物也被直接氧化降解，這為消除環(huán)境污染、污水處理開(kāi)辟了一條新路。3.3超親水性近幾年來(lái),有許多關(guān)于將二氧化鈦光催化劑固定與玻璃、墻面磚和衛(wèi)生潔具等物品表面，從而使它們具有殺菌、自潔凈、光催化降解污物等功能的研究。已有研究表明,薄膜在光照下的親水性對(duì)二氧化鈦光催化表面的自潔凈、易清洗等性能具有十分重要的影響。當(dāng)水在二氧化鈦薄膜表面的接觸角小于150時(shí)具有高的水流動(dòng)性，小于100時(shí)有自清潔效果，小于70時(shí)有防霉效果3。因而有關(guān)這方面的研究工作越來(lái)越多。FUJISHIMA課題組發(fā)現(xiàn)當(dāng)二氧化鈦薄膜在紫外光照射下，水

6、在二氧化鈦薄膜表面的潤(rùn)濕角逐漸下降到00，他們把這種現(xiàn)象稱(chēng)為二氧化鈦薄膜超親水性。四、納米TiO2的制備方法目前，納米TiO2的制備方法很多，一般可以分為物理法和化學(xué)法。4.1物理法常用的物理法有氣相冷凝法、粉碎法和真空冷凝法。氣相冷凝法是通過(guò)多種方法使物質(zhì)揮發(fā)成氣相，并經(jīng)過(guò)特殊工藝?yán)淠珊说玫郊{米粉體。由于使材料氣化的方法有很多種，因此氣相冷凝法的工藝也千差萬(wàn)別。在氣化和冷凝過(guò)程中須有保護(hù)性氣氛，可以通過(guò)控制蒸發(fā)和冷凝的工藝條件來(lái)控制粉體的粒徑。氣相蒸發(fā)沉積法、濺射法、蒸發(fā)-凝聚法、等離子法都是氣相冷凝制備納米粉體的重要方法。該方法制備的粉體純度高，顆粒大小分布均勻，尺寸可控，適于生產(chǎn)高熔點(diǎn)

7、納米金屬粒子或納米顆粒薄膜。粉碎法，是利用球磨機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)和振動(dòng)時(shí)的巨大能量，將原料粉碎為細(xì)小顆粒。其制備納米粉體的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，并能制備出高熔點(diǎn)的金屬和合金材料，缺點(diǎn)是其對(duì)設(shè)備要求很高，而且顆粒大小不均勻，容易引入雜質(zhì)。真空冷凝法用真空蒸發(fā)、加熱、高頻感應(yīng)等方法使原料氣化或形成等離子體，然后驟冷。其特點(diǎn)是純度高、結(jié)晶組織好、粒度可控，但技術(shù)設(shè)備要求高。4.2化學(xué)法4.2.1氣相法 TiCl4氫氧火焰水解法該方法最初是由德國(guó)迪高沙(Degussa)公司開(kāi)發(fā)。其所用原料是TiCl4、H2和O2，是將TiCl4氣體導(dǎo)入高溫的氫氧火焰中進(jìn)行氣相水解.所得到的晶體類(lèi)型一般是銳鈦型和金紅石型

8、的混晶型。優(yōu)點(diǎn)是，產(chǎn)品純度高、粒徑小、表面活性大、分散性好、團(tuán)聚程度較小，且過(guò)程較短，自動(dòng)化程度高。不足之處就是過(guò)程溫度較高，腐蝕嚴(yán)重，設(shè)備材質(zhì)要求較嚴(yán)，對(duì)工藝參數(shù)控制要求精確。因此產(chǎn)品成本較高，一般廠家難以承受。主要用于電子材料、催化荊和功能陶瓷等方面，且該工藝已經(jīng)成熟。TiCl4氣相氧化法4該方法用的原料是TiCl4和O2，利用N2攜帶TiCl4蒸氣，預(yù)熱到435后經(jīng)套管?chē)娮斓膬?nèi)管進(jìn)入高溫管式反應(yīng)器，O2預(yù)熱到870后經(jīng)套管?chē)娮斓耐夤芤策M(jìn)入反應(yīng)器，TiCl4和O2在900-1400下反應(yīng)生成的納米TiO2微粒經(jīng)粒子捕集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)氣固分離。該工藝目前關(guān)鍵是要解決噴嘴和反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及TiO

9、2粒子遇冷壁結(jié)疤且粒徑難以控制的問(wèn)題。其優(yōu)點(diǎn)是自動(dòng)化程度高，可制備優(yōu)質(zhì)的粉體。鈦醇鹽氣相水解法5該工藝最早是由美國(guó)麻省理工學(xué)院開(kāi)發(fā)成功的，可以用來(lái)生產(chǎn)單分散的球形納米TiO2。該工藝已經(jīng)在日本曹達(dá)公司實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，主要是利用氮?dú)?、氧氣或空氣作載氣，把鈦醇鹽蒸氣和水蒸氣分別導(dǎo)入反應(yīng)器，瞬間混合和快速水解。通過(guò)改變反應(yīng)區(qū)內(nèi)各蒸汽的停留時(shí)間、濃度、流速、物質(zhì)的量比以及反應(yīng)溫度等來(lái)調(diào)節(jié)納米TiO2的粒徑和形狀。用該法制的納米TiO2粉體純度高、分散性好、團(tuán)聚少、表面活性大，特別適用于精細(xì)陶瓷、催化劑材料、電子材料。該法是目前氣相法制造納米TiO2中使用最多的方法.該工藝的特點(diǎn)是操作溫度較低、能耗小，對(duì)

10、材質(zhì)要求不高，并可以連續(xù)化生產(chǎn)。但工藝過(guò)程需瞬間完成，要求反應(yīng)物料在極短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到微觀上的均勻混合。因此，對(duì)反應(yīng)器的類(lèi)型、加熱方式、進(jìn)料方式均有很高的要求。鈦醇鹽熱裂解法該工藝以鈦醇鹽為原料，氮?dú)狻⒑饣蜓鯕饨?jīng)純化后攜帶醇鹽蒸氣，經(jīng)噴嘴進(jìn)入主反應(yīng)器，以防止TiO2超細(xì)粒子在噴嘴上沉積堵住噴嘴，二者在主反應(yīng)器進(jìn)行熱分解反應(yīng)，另一路將汽化器出來(lái)的飽和反應(yīng)氣稀釋以防止氣流中鈦醇鹽在進(jìn)入主反應(yīng)器的途中冷凝析出。反應(yīng)器出口物料經(jīng)粒子捕集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)氣固完全分離。用這種方法可生產(chǎn)出中球形非晶型超細(xì)TiO2，為提高分解反應(yīng)速率，載氣中最好含有水蒸氣。為提高所生成超細(xì)TiO2的耐候性，可向熱分解爐內(nèi)同時(shí)導(dǎo)入易揮

11、發(fā)的金屬化物蒸氣，使超細(xì)TiO2粉體制備和無(wú)機(jī)表面處理同時(shí)進(jìn)行。惰性氣體原位加壓(IGC)法此法以金屬Ti為原料在鋁蒸發(fā)器中電阻加熱，蒸發(fā)后，送入的He氣中，形成Ti微粒，并沉積在液態(tài)N2冷卻棒上。然后將棒加熱到室溫，引入O2，Ti粉被氧化成納米TiO2粉末，平均粒徑12nm，主要是銳鈦礦型，含少量金紅石型。用聚四氟乙烯刮刀刮下，收集在成型模中，在1.4kPa壓力下室溫原位成型壓制成一定形狀的生坯，然后進(jìn)行熱壓燒結(jié)或微波燒結(jié)成高密度的納米TiO2陶瓷。氣相法的反應(yīng)速度快，能實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，而且產(chǎn)品純度高、分散性好、團(tuán)聚少、表面活性大，特別適用于精細(xì)陶瓷材料、催化材料和電子信息材料，但氣相法反應(yīng)

12、要在高溫下瞬間完成，要求反應(yīng)物料在極短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到微觀上的均勻混合，對(duì)反應(yīng)設(shè)備、加熱、進(jìn)料方式等都有很高的要求。目前氣相法在我國(guó)還處于小試階段，若實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大生產(chǎn)，還要解決一系列工程和設(shè)備問(wèn)題。但氣相法制備納米級(jí)TiO2的前景較好。4.2.2 液相法TiCl4液相水解法將TiCl4直接溶于去離子水中，稀釋到一定濃度，在表面活性劑作用下，再通入NH3或NH3H2O，TiCl4發(fā)生水解反應(yīng)析出TiO2·nH2O。經(jīng)過(guò)濾、洗滌、干燥和煅燒得TiO2微粉?？梢韵騎iCl4稀釋液中加適量醋酸、檸檬酸等抑制劑控制水解反應(yīng)的速度，進(jìn)而控制粒度及分布及反團(tuán)聚。該法具有原料來(lái)源廣泛、成本低廉、設(shè)備簡(jiǎn)單

13、等優(yōu)點(diǎn)，但是還存在TiCl4精制難、粉體的純度低及粒徑難以控制等問(wèn)題。溶膠-凝膠法67溶膠-凝膠法是上世紀(jì)80年代以來(lái)新興的一種制備法，它能通過(guò)低溫化學(xué)手段控制材料的顯微結(jié)構(gòu)，在材料合成領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用價(jià)值。近年來(lái)。溶膠-凝膠法被廣泛采用于制備納米TiO2。溶膠-凝膠法包括，溶膠的制備，溶膠，凝膠轉(zhuǎn)化，凝膠的干燥和焙燒。該工藝以鈦酸丁酯為原料，經(jīng)水解、縮聚得溶膠，再經(jīng)進(jìn)一步縮聚得到凝膠，凝膠經(jīng)過(guò)干燥得到納米TiO2。在溶膠-凝膠法中，均勻穩(wěn)定的溶膠是制備性能良好的光催化劑的先決條件。由于鈦酸丁酯極易水解，甚至?xí)湛諝庵猩倭康乃侄l(fā)生水解，生成水合氧化鈦沉淀，因此在溶膠的制備過(guò)程中，需要加

14、入適量的酸來(lái)抑制其水解。其反應(yīng)機(jī)理如下：水解反應(yīng)：Ti(OR)4+xH2O Ti(OR)(4-x)(OH)x+xROHTi(OH)4縮聚反應(yīng)：TiOH+HOTi TiOTi十H2O(失水縮聚)TiOR+HOTi TiOTi+ROH(失醇縮聚)溶劑化反應(yīng)：Ti(OR)4+yROH Ti(OR)(4-y)(OR)y十yROH溶膠-凝膠法避免了以無(wú)機(jī)鹽為原料的陰離子污染問(wèn)題，所以制得的超細(xì)TiO2粉體純度好、分布均勻、分散性好、煅燒溫度低、反應(yīng)易控制、副反應(yīng)少、工藝操作簡(jiǎn)，能適用于對(duì)粉料純度要求高的領(lǐng)域但原料成本較高凝膠顆粒之間燒結(jié)性差干燥時(shí)收縮大易造成顆粒間的團(tuán)聚。超臨界CO2干燥法該法是以溶膠-

15、凝膠法為基礎(chǔ)進(jìn)一步處理。由于超臨界流體具有極好的溶解特性液體間不存在氣液相界面且不受表面張力或毛細(xì)管作用力的影響。該法在抽提溶劑和晶化的過(guò)程中不會(huì)因?yàn)榇嬖诒砻鎻埩ψ饔枚鼓z網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)塌陷和發(fā)生凝膠收縮團(tuán)聚而使顆粒長(zhǎng)大。具體過(guò)程是將溶膠凝膠法得到的濕凝膠放于高壓釜中根據(jù)試驗(yàn)所要求的溫度、壓力進(jìn)行超臨界CO2干燥。該法可制得大孔、高比表面積、高堆密度的納米TiO2可克服干燥過(guò)程中超細(xì)TiO2顆粒間的團(tuán)聚問(wèn)題但該法工藝復(fù)雜產(chǎn)品成本較高需要干燥的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。微乳液法8該法制備納米TiO2是近年來(lái)才發(fā)展起來(lái)的一種較有前途的方法。該法的制備原理是在表面活性劑作用下使兩種互不相溶的溶劑形成一個(gè)均勻的乳液。通常

16、是將兩種反應(yīng)物分別溶于組成完全相同的兩份微乳液中然后在一定條件下混合發(fā)生反應(yīng)再通過(guò)超速離心使超細(xì)微粉與微乳液分離再用有機(jī)溶劑除去附著在表面的油和表面活性劑最后干燥處理得超細(xì)TiO2。此法得到粒子純度高、粒度小、可控而且分布均勻但很難制得穩(wěn)定微乳液。此法的關(guān)鍵是制可控、穩(wěn)定、微觀尺寸均勻的微乳液而且需要降低成本和減輕團(tuán)聚。因此微乳法工業(yè)化還要經(jīng)歷一段時(shí)間。水熱合成法該法是利用化合物在高溫高壓水溶液中的溶解度大、離子活度強(qiáng)、晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型等特殊性質(zhì)在密閉的高壓反應(yīng)器中使前驅(qū)物在水熱介質(zhì)中溶解進(jìn)而成核、生長(zhǎng)形成具有一定粒度和結(jié)晶形態(tài)的晶粒。水熱法不必高溫焙燒直接得到結(jié)晶良好的粉體TiO2避免了硬團(tuán)聚。

17、而且通過(guò)改變工藝條件可控制粉體粒徑和晶型等特性故所得產(chǎn)品純度高分散性好晶型好且顆粒大小可控但該法要高溫高壓過(guò)程故對(duì)設(shè)備的材質(zhì)和安全要求較嚴(yán)、操作復(fù)雜而且產(chǎn)品成本較高。均勻沉淀法9 該法不是直接加入沉淀劑，而是加入某種物質(zhì)(如尿素)，該物質(zhì)并不直接與TiOSO4發(fā)生反應(yīng),而是通過(guò)它在溶液中的化學(xué)反應(yīng)，緩慢均勻地釋放出沉淀劑(如氨水)，沉淀劑再與TiOSO4進(jìn)行沉淀反應(yīng)，然后將沉淀物過(guò)濾、洗滌、熱處理(約900)，即可得TiO2納米顆粒。反應(yīng)原理為：CO (NH2)2+ 3H2OCO2+ 2NH3·H2OTiOSO4+2NH3·H2OTiO (OH )2+(NH4)2SO4Ti

18、O (OH)2TiO2 (s) + H2O該法得到的產(chǎn)品顆粒均勻、致密，便于過(guò)濾洗滌，是目前工業(yè)化看好的一種方法。據(jù)報(bào)道，韓國(guó)最近采用均勻沉淀法已成功地開(kāi)發(fā)了一種常溫下水解TiCl4制備納米TiO2的新工藝。超聲化學(xué)法該法是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種制備納米金屬化合物的方法，而且這種方法已經(jīng)取得較理想的結(jié)果。該法是以鈦酸四異丁酯、TiCl4等前驅(qū)體在水相發(fā)生水解，然后生成的中間體發(fā)生縮聚反應(yīng)，生成凝膠體。超聲作用可促進(jìn)縮聚反應(yīng)，在生成的凝膠體中由于空化效應(yīng)可生成大量微小晶核，它們不斷碰撞而長(zhǎng)大，最后形成納米級(jí)的TiO2,控制反應(yīng)條件，可以制備出數(shù)納米TiO2。該法能夠有效地防止TiO2的團(tuán)聚,并對(duì)固

19、體表面形態(tài)、表面組成有重要的影響。液相法生產(chǎn)納米TiO2，其優(yōu)點(diǎn)是原料來(lái)源廣泛、成本低、設(shè)備簡(jiǎn)單，較適用于大規(guī)模生產(chǎn)，但液相法造成物料局部濃度過(guò)高，粒子大小、形狀不均，而且由于納米粒子小，比表面積大，表面能極高，干燥和煅燒過(guò)程易引起粒子間的團(tuán)聚，特別是硬團(tuán)聚，使產(chǎn)品的分散性較差，影響產(chǎn)品的使用效果和應(yīng)用范圍。液相法可引入均相沉淀、微乳和高溫水熱技術(shù)來(lái)控制粒徑的大小和粒度分布，還可引入冷凍干燥、共沸蒸餾、超臨界干燥和表面處理等技術(shù)來(lái)減少顆粒之間的團(tuán)聚。但是其能耗很高，設(shè)備復(fù)雜，所以在未來(lái)設(shè)計(jì)的新方法中盡量克服這些不利條件。只要嚴(yán)格控制工藝條件，就可以制得粒徑小、粒度分布窄、分散性好的納米TiO2

20、。液相法中以TiCl4液相水解法最具發(fā)展?jié)摿?yīng)加大研究力度和深度。4.2.3固相法該法用固態(tài)物料熱分解或固-固反應(yīng)進(jìn)行的。它包括氧化還原法、熱解法和反應(yīng)法。比較常用的偏鈦酸熱解法制備納米TiO2。該法工藝簡(jiǎn)單，操作易行，可批量生產(chǎn)，但制得的納米TiO2粒徑分布較寬。五、納米TiO2的應(yīng)用5.l 光催化劑方面的應(yīng)用由于納米TiO2的粒徑小，表面分子比例高,比表面積、表面能及表面結(jié)合力大，表面活性中心多，催化效率高，且納米TiO2對(duì)環(huán)境無(wú)二次污染，在污水凈化、抗菌殺菌等方面具有十分廣闊的應(yīng)用前景?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)納米TiO2能處理80多種有毒化合物，包括工業(yè)有毒溶劑、化學(xué)殺蟲(chóng)劑、防腐劑、染料及油污等；納米

21、TiO2對(duì)綠膿桿菌、大腸桿菌、金黃沙門(mén)氏菌、芽枝菌和曲霉菌等具有很強(qiáng)的殺菌能力10。納米TiO2具有很強(qiáng)的“超親水性”，在它的表面不易形成水珠，而且納米TiO2在可見(jiàn)光照射下可以對(duì)碳?xì)浠衔镒饔?。利用這樣一個(gè)效應(yīng)可以在玻璃、陶瓷和瓷磚的表面涂上一層納米TiO2薄層，利用氧化鈦的光催化反應(yīng)就可以把吸附在氧化鈦表面的有機(jī)污染物分解為CO2和O2同剩余的無(wú)機(jī)物一起可被雨水沖刷干凈，從而實(shí)現(xiàn)自清潔功能。5.2 在化妝品方面的應(yīng)用納米TiO2無(wú)毒、無(wú)味，不分解、不變質(zhì)，吸收紫外線能力強(qiáng)，對(duì)長(zhǎng)波和中波均有屏蔽作用，且納米TiO2自身為白色，可以隨意著色，在防曬霜、粉底霜、口紅、防曬摩絲等化妝品中得到廣泛應(yīng)

22、用。在化妝品中添加的納米TiO2，金紅石型優(yōu)于銳鈦型而且納米TiO2的粒徑對(duì)紫外線的吸收能力和遮蓋力影響很大，一般30-50nm粒徑為最佳在作為防曬物質(zhì)的應(yīng)用中，為了封閉納米TiO2的催化活性，提高耐候性、穩(wěn)定性和分散性，需要對(duì)納米TiO2進(jìn)行表面處理。用無(wú)機(jī)物進(jìn)行表面處理，可以封閉TiO2的光催化活性，提高耐候性與穩(wěn)定性；用有機(jī)物進(jìn)TiO2表面處理,可以改進(jìn)TiO2在不同介質(zhì)中的分散性11。5.3 在光電轉(zhuǎn)化方面的應(yīng)用將納米TiO2制成覆蓋于染料薄膜的半導(dǎo)體納米TiO2多孔膜作為太陽(yáng)能電池的工作電極，由染料承擔(dān)吸收光和給出電荷的作用，半導(dǎo)體納米TiO2多孔膜則承擔(dān)支撐染料、接受激發(fā)態(tài)染料給出

23、的電荷和傳導(dǎo)電荷的作用，它涉及的是半導(dǎo)體的多數(shù)載流子，晶體缺陷可降低電子與空穴的復(fù)合幾率，大大提高光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。這種新型結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池工作時(shí)沒(méi)有凈變化，只是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能。因此，該光電轉(zhuǎn)換體系有利于提高太陽(yáng)能的效率，具有重大的應(yīng)用價(jià)值。5.4 在調(diào)色劑方面的應(yīng)用納米TiO2具有隨角變色特性，利用納米TiO2與云母珠光顏料復(fù)合制成汽車(chē)等金屬閃光面漆，所形成的涂層,在照光區(qū)呈現(xiàn)出一種多黃色亮點(diǎn)，而在側(cè)光區(qū)則呈現(xiàn)與藍(lán)色相似的乳光，并能增加金屬面漆顏色的飽合度和視角閃色性。納米TiO2的顏色隨粒徑變化，粒徑越小，顏色越深。因此，在制備印刷油墨時(shí)，可以通過(guò)添加不同粒徑的納米顆粒來(lái)調(diào)節(jié)油墨的

24、顏色。5.5 在陶瓷方面應(yīng)用在陶瓷中添加納米TiO2，可以使陶瓷具有更好的形變性和斷裂韌性,大大提高陶瓷的強(qiáng)度，而且它的應(yīng)變率隨晶粒尺寸減小而增大。納米TiO2陶瓷的這種塑性主要是因?yàn)榧{米TiO2陶瓷中高濃度的界面和短距離擴(kuò)散，原子在納米TiO2陶瓷中可迅速擴(kuò)散，原子遷移比通常的多晶樣品快好幾個(gè)數(shù)量級(jí),短距離擴(kuò)散增加了滑動(dòng)的可能性，邊界滑動(dòng)造成初裂能移迅速得到原子愈合。納米TiO2陶瓷在80-180下,外力作用下具有呈正弦形塑性彎曲的特性，即使是帶裂紋的TiO2納米陶瓷也能經(jīng)受一定程度的曲變而裂紋不擴(kuò)散。納米陶瓷具有可彎曲100%的良好韌性12。5.6 在其它方面的應(yīng)用納米TiO2粒子對(duì)不同的

25、電磁波有強(qiáng)烈的吸收作用，能有效地吸收入射雷達(dá)波和紅外線，而且其尺寸小于雷達(dá)波和紅外線的波長(zhǎng)，透射率也較高，從而可以使雷達(dá)波和紅外線的反射信號(hào)大大降低，如在戰(zhàn)機(jī)表面涂上一層納米TiO2吸波材料，可起到“隱形”作用。納米TiO2和Al2O3、SiO2、Fe2O3等的復(fù)合顆粒在紅外波段有很強(qiáng)的吸收作用,它們與纖維物復(fù)合能制成遠(yuǎn)紅外功能織物，這種纖維對(duì)人體釋放的紅外線有很好的屏蔽作用，同時(shí)織物以高效發(fā)射出同樣波長(zhǎng)的遠(yuǎn)紅外線,這樣人體皮膚吸收遠(yuǎn)紅外線，轉(zhuǎn)換成熱量向人體內(nèi)部傳播，能夠增強(qiáng)保暖效果。納米TiO2可以添加在織物中，還能使其具有防紫外線和抗菌的作用。另外，將納米TiO2填充在塑料中，可以提高塑料

26、的強(qiáng)度、韌性、耐酸堿性。如用2%的NDZ-101處理過(guò)的納米TiO2填充不飽和聚酯，大大提高了材料的強(qiáng)度、韌性與耐酸堿性。六、結(jié)語(yǔ)納米TiO2其優(yōu)異的光催化性能，引起了國(guó)內(nèi)外材料科學(xué)界的廣泛關(guān)注，成為開(kāi)發(fā)研究的熱點(diǎn)之一。雖然TiO2的制備工藝已經(jīng)取得了顯著的成就，但不可否認(rèn)其生產(chǎn)和研制仍存在諸多問(wèn)題：如何降低生產(chǎn)成本、減輕納米TiO2的團(tuán)聚，提高分散性；如何通過(guò)表面處理技術(shù)，開(kāi)拓高性能產(chǎn)品，拓展產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域；以及如何對(duì)粒子的大小與形貌進(jìn)行有效的控制等，仍是今后較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)需關(guān)注的問(wèn)題。參考文獻(xiàn)：1 Lin sebiger A L, Lu Gangquan, Yates J T. Photo-

27、catalysis on TiO2 surface : principles, mechanism and selected results J.Chem Rev, 1995, 95 (3): 735758.2 Hoffmann M R Martin S etal. Environmental application of semico- nductor photo-catalysis J . hem Rev 1995 95 1 : 69-96 3 Fujishima Lab,Annual Research Report,1997,3874 李春忠,朱以華,陳愛(ài)平,等. TiCl4-O2體系高溫反應(yīng)制備超細(xì)TiO2光催化材料的研究J .無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào), 1999, 14 (5): 717725.5 Casey JD, Haggerty J S. Laser-induced vapour-ph