水热法制备掺杂F的纳米片状二氧化钛的光催化性能实验

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1、创新研修课程报告研修课题：水热法制备掺杂F的纳米片状二氧化钛的光催化性能实验报告人：王月王旻石指导教师：沈军教授报告提交时间：2010年7月10日1．综述1.1纳米科学技术的发展纵观纳米材料发展的历史，大致可以划分为3个阶段，第一阶段(1990年以前)主要是在实验室探索用各种手段制备各种材料的纳米颗粒粉体，合成块体(包括薄膜)，研究评估表征的方法，探索纳米材料不同于常规材料的特殊性能。对纳米颗粒和纳米块体材料结构的研究在20世纪80年代末期一度成为热潮。研究的对象一般局限在单一材料和单相材料，国际上通常把这类纳米材料称为纳米晶或

2、纳米相材料。第二阶段(1994年前)人们关注的热点是如何利用纳米材料已挖掘出来的奇特物理、化学和力学性能，设计纳米复合材料，通常采用纳米微粒与纳米微粒复合(O—0复合)，纳米微粒与常规块体复合(0—3复合)及发展复合纳米薄膜(0—2复合)，国际上通常把这类材料称为纳米复合材料。这一阶段纳米复合材料的合成及物性的探索一度成为纳米材料研究的主导方向。第三阶段(从1994年到现在)纳米组装体系(nanostructuredassemblingsystem)、人工组装合成的纳米结构的材料体系越来越受到人们的关注或者称为纳米尺度的图案材料

3、。它的基本内涵是以纳米颗粒以及纳米丝、管为基本单元在一维、二维和三维空问组装排列成具有纳米结构的体系，其中包括纳米阵列体系、介孔组装体系、薄膜镶嵌体系。如果说第一阶段和第二阶段的研究在某种程度上是带有一定的随机性，那么这一阶段研究的特点要强调按人们的意愿设计、组装、创造新的体系，更具有目的地使该体系具有人们所希望的特性。1.2二氧化钛的结构纳米TiO2是80年代开发成功的产品，是研究较早且较成功的纳米材料之一，它的出现与氧化物，碳化物，氮化物等纳米金属化合物.样，引起了科学界的高度重视二氧化钛(俗称钛白粉)有金红石、锐钛矿和板钛

4、矿三种结构，前两者为四方晶系，后者为斜方晶系。板钛矿在自然界中很稀有，是钛铁矿石在风化等过程中生成的特殊形态，是不稳定的晶型。因其结构的不稳定性而没有工业价值。金红石和锐钛矿结构虽均为四方晶系，但两者的空间群不同。晶胞结构如图1所示。晶胞参数分别是：金红石型a=4．593A，c=2．959A：锐钛型a=3．784A，e=9．515A。TiO2的三种晶体结构类型虽都是以[TiO6]八面体共棱为基础的，但每个[Ti06]八面体与其它[TiO6]八面体共棱的数目不同，金红石为2，锐钛矿为4。由于它们的结构不同，其表面活性以及工业应用也

5、不同。金红石和锐钛矿广泛应用于日用化工、冶金、陶瓷及功能材料等领域。而板钛矿在工业方面的应用较少。金红石共棱较少，结构比较稳定，其物理、化学性质比较稳定，有较高的硬度、密度、介电常数及折射率，其遮盖力和着色力也较高。而锐钛型TiO2．,在可见光波部分的反射率比金红石型的要高，并且对紫外线的吸收能力比金红石型低，光催化活性也较高。综上所述，开展纳米TiO2粉体的制备及应用研究具有重要的实际意义。1.3纳米TiO2的性能和光催化的应用（环境治理）在治理环境污染时，可以充分发挥纳米Ti02的光催化本领。锐钛矿型纳米TiO2具有光催化活

6、性，对于工业污水，利用纳米Ti02来降解水体中的有机污染体，部分有机物可以完全转化为C02和H20。光催化技术在常温常压下就可以进行，能彻底破坏有机物，没有二次污染而且费用不太高。对于排放的废气，可以利用Ti02的高氧化活性和空气中的02可直接实现NO的光催化氧化。由于纳米Ti02遇光后产生光生电子，具有很强的还原性，水中的重金属离子可通过接受Ti02表面上的电子而被还原。纳米Ti02光催化产生的空穴和形成于表面的氧离子表面态能与细菌细胞或细胞内的组成成分进行生化反应来达到杀灭细菌的目的。将纳米Ti02涂覆在卫生陶瓷上，具有杀菌

7、作用。除此之外，纳米Ti02还可以用来除臭、光解有机污染物表面自洁等。1.4纳米TIO2的制备方法纳米材料的制备，按制备原料的状态来分，有固体法、液体法及气体法；按反应物状态来分，主要有干法和湿法；按制备手段来分，有物理法(沉淀法、相转变法、气溶胶反应法等、化学法(蒸气冷凝法、爆炸法、点火花法、离子溅射法、机械研磨法、低温等离子法等)和综合法(等离子加强化学沉积法、激光诱导化学沉积法等)。相对而言，化学法制备过程更为简便，可操作性强，且可实现在原子或分子水平上的组装，从而在合成中可实现对粒子尺寸、形状和晶型等方面的控制。下面讲用

8、化学方法合成纳米微粒。1.4.1水热法通过在高温高压下的水溶液中进行化学反应，使制备改善无机材料产物的技术变得先进而成熟。反应工艺流程简单，条件温和易于控制，又可分为：氧化，沉淀，合成，还原，分解和结晶等方法。适于纳米金属氧化物和金属复合氧化物陶瓷粉末的制备。1