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1.6.3 课题研究主要内容 11
2 实验方法及过程 12
2.1 实验原料 12
2.2 实验设备 12
2.3 实验原理 12
2.4 实验过程 13
2.4.1 纳米二氧化钛制备过程 13
2.4.2 光催化实验过程 15
3 实验结果与分析 16
3.1 制备影响因素分析 16
3.1.1 无水乙醇的量 16
3.1.2 蒸馏水的量 17
3.1.3 pH值 17
3.2 XRD分析 18
3.3 SEM分析 21
3.3 TEM分析 22
3.4 光催化结果分析 23
结论 28
致谢 29
参考文献 30
1 绪论
1.1 引言
纳米材料作为新兴的材料，被业界称之为可以改变世界的材料。纳米材料可以分为两个层次[1]：纳米微粒和纳米固体。纳米微粒就是粒子尺度为1-100nm的纳米量级，因为尺寸很小，因而存在小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。而纳米固体是由纳米微粒聚集起来构成的块状、薄膜、纤文及其复合而成的材料。纳米固体区别于一般固体的地方是微粒之间的界面对整个固体的性能产生巨大的影响，因而存在高密度缺陷、高过剩能、大的比表面积和界面过剩体积等效应。纳米材料具有很多特殊的性能，包括热膨胀性能高，比热高，熔点低，磁学性能特异，吸波性好，韧性和强度较强，耐磨性和塑形超强。
纳米二氧化钛作为纳米材料中的一种，由于其具有很强的可见光透过性、紫外线屏蔽作用、颜色效应以及化学稳定性，被广泛运用于污水处理、空气净化、涂料、化妆品、纺织、杀菌防雾、氧传感器和太阳能电池等领域。二氧化钛三种晶型：锐钛矿型、金红石型和班钛矿型。金红石型结构稳定性高，而锐钛矿型结构不稳定，其光催化和光电转化性能优于金红石[2]，锐钛矿型二氧化钛在高温条件下能够转化为金红石型结构。纳米二氧化钛的制备方法有很多种。按制备状态可分为固相法、气相法和液相法，按制备过程是否发生反应分为物理法和化学法。本文就按照第二种方法来研究纳米二氧化钛的制备，并且简单阐述纳米二氧化钛的实际应用。
1.2 二氧化钛的晶体结构
晶体结构的差异决定了二氧化钛光催化性能的差异。一般而言，二氧化钛具有三种晶体结构，分别为锐钛矿型（anatase）、金红石型（rutile）和板钛矿型（brookite）。根据相关研究，锐钛矿型的二氧化钛光催化性能最优；而金红石型二氧化钛的热稳定性最佳，锐钛矿型和板钛矿型经过热处理都会转化为金红石型；板钛矿型的二氧化钛由于不易合成，所以对其的研究很少。锐钛矿型和金红石型两种晶型都是由相互连接的TiO6八面体构成的，其差别就在于八面体的畸变程度和相互连接的方式不同。如图1.1所示，为锐钛矿型和金红石型二氧化钛的晶体结构。
1.1 金红石型二氧化钛（a）和锐钛矿型二氧化钛（b）的晶体结构
锐钛矿型TiO6为四方晶系，其中每个八面体与周围8个八面体相连接（4个共边，4个共顶角），4个TiO6分子组成一个晶胞。金红石型TiO6也为四方晶系，晶格中心为Ti原子，八面体棱角上为6个氧原子，每个八面体与周围10个八面体相联（其中有两个共边，八个共顶角），两个TiO6分子组成一个晶胞，其八面体畸变程度较锐钛矿要小，对称性不如锐钛矿相，其Ti–Ti键长较锐钛矿小，而Ti-O键长较锐钛矿型大[3]。