溶胶-凝胶法制备TiO2光催化材料modify

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1、溶胶-凝胶法制备TiO2光催化材料主要内容光催化剂TiO2常见的制备方法溶胶-凝胶法制备TiO2光催化材料1.1光催化剂的含义通俗意义上讲触媒就是催化剂的意思，光触媒顾名思义就是光催化剂。催化剂是加速化学反应的化学物质，其本身并不参与反应。光催化剂就是在光子的激发下能够起到催化作用的化学物质的统称。一、光催化剂1.2光催化技术的起源光催化技术是在20世纪70年代诞生的基础纳米技术。典型的天然光催化剂就是我们常见的叶绿素，在植物的光合作用中促进空气中的二氧化碳和水合成为氧气和碳水化合物。总的来说纳米光触媒技术是一种纳米仿生技术，用于环境净化，自清洁材料，先进新能

2、源，癌症医疗，高效率抗菌等多个前沿领域。1.3TiO2的光催化机理●TiO2的物理特点二氧化钛是一种半导体，是世界上产量非常大的一种基础化工原料，普通的二氧化钛一般称为体相半导体以与纳米二氧化钛相区分。具有锐钛矿(Anatase)，金红石(Rutile)及板钛矿(Brookite)三种晶体结构，其中只有锐钛矿结构和金红石结构具有光催化特性。●TiO2的光催化机理具有Anatase或者Rutile结构的二氧化钛在具有一定能量的光子激发下能使分子轨道中的电子离开价带(Valenceband)跃迁至导带(conductionband)。从而在材料价带形成光生空穴[H

3、ole+]，在导带形成光生电子[e-],纳米的二氧化钛颗粒由于尺寸很小，所以电子比较容易扩散到晶体表面，导致原本不带电的晶体表面的2个不同部分出现了极性相反的2个微区-光生电子和光生空穴。由于光生电子和光生空穴都有很强的能量，远远高出一般有机污染物的分子链的强度，所以可以轻易将有机污染物分解成最原始的状态。同时光生空穴还能与空气中的水分子形成反应，产生氢氧自由基亦可分解有机污染物并且杀灭细菌病毒。1.4TiO2光催化材料优缺点优点1、合适的能带电位；2、高化学稳定性；3、无毒无害；4、较高的光电转换效率；5、低成本；6、高活性。缺点：无可见光吸收。1.5TiO

4、2光催化材料的研究进展及意义目前，研究者大多数是通过过渡金属元素或非金属元素掺杂，有机染料表面修饰，以及贵金属沉积等方法使TiO2在可见光区（可见光占太阳光的总能量的43％）实现光催化。其中掺杂是一种有效并且易于实现的方法。金属掺杂起步比较早，研究的比较多，而非金属掺杂研究的不是很多。通过溶胶—凝胶法、PLD沉积法、磁控溅射法等一些实验方法提供大量数据说明TiO2在掺杂后其吸收光谱实现红移的研究较多。而基于量子理论的第一性原理计算方法的理论分析其形成红移现象的一些细节、机理研究较少。21世纪，能源和环境已经成为可持续发展面临的两大重要问题。半导体催化剂由于节约

5、能源、净化环境等优点越来越受到国内外学者的关注。TiO2在污水降解处理和太阳能薄膜电池材料应用中有着巨大潜力。多数半导体光催化剂中TiO2以其无毒，超亲水性，化学稳定性好，氧化能力强，廉价易得而成为最理想的光催化剂。二、TiO2常见的制备方法均匀沉淀法蒸汽凝聚法气相氧化法气相水解法溶胶凝胶法常用的有物理法和化学法两种物理法常用的有构筑法（如气相冷凝）和粉碎法（如高能球磨法）化学法制备纳米粉体的重要方法制备方法前驱体特征相组成沉淀法TBOTTTIPTiCl4TiCl4(NH4)2TiF6尺寸小，均匀分散沉淀解胶尺寸小、高比表面积醇热法，粉体为球状低温下制备氧化钛

6、膜无定形A+无定形A+无定形AA水解法TEOTTiOSO4单分散600-1000oC煅烧，结晶薄膜-600oC，A1000oC，R喷雾热解法TiCl4电解质影响形貌和团聚尺寸A，R溶胶-凝胶法TTIPTTIPTTIPTiCl4，TTIP用羟丙基纤维素稳定非水解、醇解A，RA+B无定形A，R，B氧化还原法Ti+H2O2200oC煅烧得到蓝灰色锐钛矿与金红石的混晶，BET比表面积为80m2/g无定形水热法TTIP,TEOTTBOTTiCl4TTIP解胶后水热处理得到25-50nm氧化钛纳米晶溶胶-凝胶制备后水热处理，结晶度好A，RA，RA，R制备氧化钛微粉及纳米粉

7、体的主要方法注：均匀沉淀法：以钛液为原料，外加金红石型二氧化钛晶体为促进剂，以十二烷基磺酸钠为表面活性剂、尿素为沉淀剂，制备出纳米金红石型二氧化钛分子。蒸汽凝聚法：利用高频等离子技术对工业二氧化钛粗品进行加热使其汽化蒸发，再急速冷却可得到纳米级二氧化钛。气相氧化法：将高纯度的TiCl4高温下氧化来制备二氧化钛。在研究中发现二氧化钛随着停留时间的延长和反应温度升高而增大，金红石型二氧化钛含量随停留时间延长而增加，当反应温度达到1300℃时，金红石型二氧化钛含量出现最大。这种生产工艺方法能源消耗大，对设备腐蚀性强并且投资大，设备结构复杂，材料要求耐高温、耐腐蚀。T

8、iCl4(g)＋O2（g）——>TiO