自分散纳米二氧化钛粉末的合成、表征及光催化性能研究

摘要

纳米二氧化钛具有优良的物理化学性质，被广泛用于光催化、光电转换、传感器、抗紫外线以及高档涂料等领域。现阶段，随着二氧化钛材料使用范围的扩展，许多应用领域要求纳米二氧化钛能稳定分散在液相介质中，但纳米材料表面能高，极易发生团聚，为克服以上缺点，常对二氧化钛颗粒进行表面改性，而表面改性可能会导致其活性的降低。因此，亟需发展既具有高光催化活性，又能稳定分散在液相介质中的纳米二氧化钛的制备方法。
　　 本文采用非水溶胶凝胶法制备了具有超高液相分散性以及高光催化活性的纳米二氧化钛。该法制备得到的样品通过X射线晶体粉末衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、紫外可见光漫反射光谱仪(DRS)、X射线光电子能谱仪(XPS)以及N2吸附-脱附进行表征，结果表明，所制备的样品结晶度高，粒径约为10 nm且均一的锐钛矿纳米二氧化钛。通过透光率变化及Zeta电位测试，我们对样品进行了分散稳定性评价，所制备的二氧化钛在无任何分散剂的情况下，能自分散在不同的溶剂中，当分散在水中时，可行成胶体溶液。我们推断，钛盐前驱物适宜的浓度以及溶剂热结晶处理使所制备的纳米二氧化钛结晶度高，粒径小；同时，在二氧化钛制备过程中，颗粒表面吸附有正电荷，分散在水中时，异号离子分布在纳米二氧化钛颗粒周围，表面电荷以及周围异号离子形成的双电层使颗粒互相排斥。纳米颗粒小的粒径以及表面荷电使其能稳定分散在液相介质中。
　　 所制备的纳米二氧化钛不仅能稳定分散在液相介质中，而且具有高的可见光光催化活性。二氧化钛的光催化活性是通过可见光下降解罗丹明B溶液进行评价的，结果表明，二氧化钛能有效降解污染物分子，具有可见光催化活性。该样品具有高的可见光活性的原因可能为：二氧化钛的表面碳修饰增强了可见光吸收，同时在其表面形成界面态，减小了带隙宽度，使二氧化钛能被可见光激发，另外，表面碳物种利于电子传导，使电子和空穴有效分离；高的比表面积也使催化剂具有高光催化活性。