纳米TiO2粉体的制备与表征
f一:引言
纳米材料是指在三维空间中至少在一维方向上尺寸在1100
m之间并具有特殊性能的材料,这大约相当于10100个原子紧密排列在一起的尺度。由于纳米材料至少在一维方向上为纳米尺度,所以纳米材料具有普通材料所不具背的性能,如表面效应、小体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等。因此纳米TiO2粉体具备许多特殊的功能比如性能稳定、无毒、光催化活性高、价格低廉、耐化学腐蚀性好,是良好的光催化剂、消毒剂杀菌剂。
光催化作为一种新型环境净化技术引起人们越来越多的关注。纳米TiO2以良好的性能稳定、效率高、无二次污染、成本低廉等优点,在光催化降解废水中的有机物方面具有广阔的应用。面临的问题:催化的效率比较低而且对太阳能的利用率比较低。
f二:TiO2简介
1:TiO2特性纳米TiO2作为一种新型的功能材料,是目前应用最广泛的
一种纳米材料。纳米二氧化钛具有粒径小、吸收紫外光能力强以及良好的随角异色、光催化和抗菌杀毒等优点。
纳米TiO2晶体主要有锐钛型和金红石型两种晶型。金红石型晶体则主要用于防紫外线、增强、增韧、降解有机污染物,是一种环保型产品;锐钛型晶体的主要作用有抗菌,分解有机物。锐钛型纳米TiO2是一种新型抗菌剂,具有良好的杀菌效用、耐热性好、安全性能佳、持续性长、使用方便;在抗菌过程中可以生成具有很强化学活性的自由基,因此能有效地分解空气中多种有毒气体。金红石型纳米TiO2具有高光催化活性,抗紫外线能力强等优点。对长波区紫外线的阻隔以散射为主,对中波区紫外线的阻隔则以吸收为主。
f2:TiO2的光催化机理当能量大于TiO2禁带宽度的光照射半导体时,光激发电子
跃迁到导带,形成导带电子矿,同时在价带留下空穴矿。由于半导体能带的不连续性,电子和空穴的寿命较长,它
们能够在电场作用下或通过扩散的方式运动,与吸附在半
导体催化剂粒子表面上的物质发生氧化还原反应,或者被
表面晶格缺陷俘获。空穴和电子在催化剂粒子内部或表面也可能直接复合。空穴能够同吸附在催化剂粒子表面的OH或H2O发生作用生成HO。HO是一种活性很高的粒子,能够无选择地氧化多种有机物并使之矿化,通常认为是光催化反应体系中主要的氧化剂。光生电子也能够与O2发生作用生成HO2和O2等活性氧类,这些活性氧自由基也能参与氧化还原反应。可用如下反应式表示:
fO2H→HO2
2HO2→O2H2O2O2HO2→HO2-O2HO2一H→H2O2
H2O2→2OHH2O2O2-→OHOH一O2H2O2e→OHOH-研究认r