模板法制备tio2光催化剂的研究进展

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1、模板法制备TiO2光催化剂的研究进展1引言近年来为提高TiO2的光催化性能和重复利用能力，国内外研究者一直致力于立体结构TiO2的制备和性能研究[1]。这些特定形貌的TiO2与一般粉末TiO2相比，具有结构独特、性能优异、使用范围广等诸多特点而倍受青睐。2模板法特点模板法是将具有一定立体结构、形状容易控制的材料作为模板，通过物理、化学或生物的方法以选定的模板约束材料结构的合成过程。通过控制材料的尺寸、形貌、结构、取向和位置等要素，从而得到具有预期结构和性能的材料。模板合成与直接合成相比具有诸多优点，主要表现在：(1)以模板为载体精确控制材料的

2、尺寸和形状、结构和性质(2)实现材料合成与组装一体化，同时可以解决材料的分散稳定性问题(3)合成过程相对简单，很多方法适合批量生产3特殊形貌TiO2的制备方法近年来为提高TiO2的光催化性能和重复利用能力，国内外研究者一直致力于特殊形貌纳米TiO2的制备和性能研究。特殊形貌纳米TiO2的制备大多采用模板法，应用模板法制备出具有特殊形貌纳米TiO2并对其光催化性能进行研究已成为现在研究的热门话题。对于模板法目前的认识存在两个层次，即“狭义模板法”和“广义模板法”。“狭义模板法”是将具有特定空间结构和基团的物质引入到基材中，随后将模板除去来制备具

3、有“模板识别部位”的基材的一种手段。对于“广义模板法”，有文献[2]将其定义为：通过“模板”与基质物种的相互作用而构筑具有“模板信息”基材的制备手段。在现代材料合成领域，模板法以模板控制合成与组装具有特殊立体结构的功能材料是材料科学研究的一个新的方向，因其对终端产物结构形态及总体性质的可控性而备受关注。模板法主要可分为有机模板法和生物模板法。3.1有机模板法有机模板法(organictemplateapproach)制备得到的介孔材料以其：孔道大小均匀，有序排列而且孔径在一定范围内连续可调，巨大的比表面积等独有的特点，以及在催化、吸附、分离及

4、光、电、磁等诸多领域潜在的应用价值，而迅速引起国际材料科学领域的广大关注[3]，其原理可用图1表示。图1有机模板法原理图目前用于有机模板法制备TiO2介孔材料的有机物主要分为三类：3.1.1表面活性剂表面活性剂作模板是利用表面活性剂在适当的条件下自动形成超分子阵列—液晶结构，来制备多孔材料。到目前为止,介孔材料的合成主要是以表面活性剂为模板。在合成过程中，表面活性剂的浓度、分子大小及其形成胶束的大小都会影响材料的孔结构。尽管以表面活性剂为模板合成介孔材料的机理观点很多，但都离不开模板分子的超分子自组装和无机物与模板剂分子之间的相互作用(静电作

5、用[4]、氢键作用[5]等)这两个重要因素。Sanchez[6]等采用异丙醇钛为钛源，表面活性剂CTAB作为结构导向剂，在有水存在的情况下合成出介孔TiO2。3.1.2嵌段共聚物利用含有亲水基和疏水基的嵌段共聚物作模板多用于制备介孔材料。由于这种两亲嵌段共聚物能够通过调整组成、分子质量或结构来改变性质，因而有利于控制孔的大小和分布，而且可以提高介孔材料的水热稳定性。因此,这种方法合成的多孔材料具有孔径大小均一，结构高度有序等优点。如贾兴涛[7]以聚氧乙烯－聚氧丙烯三嵌段聚醚(PEO-PPO-PEO)为结构导向剂，采用湿化学法制备出具有多种形貌

6、的介孔TiO2粉体，深入研究了制备条件对介孔结构的影响，得到了最佳合成工艺，探讨了此类表面活性剂导向下的合成规律及形貌形成机理，并且考察了介孔TiO2的的光催化、吸附和介电性能以及阳离子掺杂对性能的影响。3.1.3有机小分子有机小分子模板具有廉价易得、易于除去、对多孔材料孔径可控和制得的多孔材料孔径均一等优点，成为制备多孔材料的新方法。郑金玉等[8]以非表面活性剂有机小分子，如2,2-羟甲基丙酸、甘油和季戊四醇为模板，采用溶胶-凝胶法制备出了高比表面积、孔径均一、窄孔径分布的纯过渡金属氧化物-TiO2介孔材料，并发现模板含量对孔径的影响不大。

7、3.2生物模板法生物模板法是指以具有特定结构的生物组织或大分子为模板，利用生物自组装及其空间限域效应，通过物理、化学等方法按照设计要求形成具有新结构的仿生材料。生物模板具有外形多样化线状、管状、球形、网状等，模板形貌重复性高，以及廉价、丰富、易得、可再生、环境友好等特点。生物模板法已成为材料领域的一个充满活力的研究方向，发展迅速，已取得了一系列鼓舞人心的研究成果。目前常用的生物模板主要分为四类：3.2.1生物组织模板目前用于生物组织模板的有固体生物组织模板，如最早2000年Fiona[9]等采用海胆的碳酸钙骨盘为模板制备了孔径为15m的多孔结

8、构金，固体生物组织模板方法合成机理简单，就是把生物组织的微结构用目标物质进行复制，然后采用煅烧、萃取等方法除去固图2大孔网状TiO2SEM图图3大孔氧化硅SEM图体