锐钛矿二氧化钛溶胶的制备、结构及性能

自从1972年日本的Fujishima和Honda在NATURE杂志上发表了题为“Electrochemical Photolysis of Water at a Semiconductor Electrode”的论文,TiO2就成了国内外的研究热点。已有研究大多围绕高活性纳米TiO2粉体的制备、多相光催化机理、提高TiO2的光催化效率等方面上,而对溶胶.凝胶法制备TiO2溶胶化学机理和通过工艺调控TiO2溶胶结构性能的研究很少。本文基于以上现状,开展了锐钛矿TiO2溶胶的低温制备及工艺改进的研究。 实验以钛酸丁酯为先驱体,乙醇为溶剂,盐酸为催化剂,以溶胶-凝胶法制备TiO2溶胶。设计出水过量（钛酸丁酯与水摩尔比1:100-200）的新体系,以配方和工艺控制,使钛酸丁酯充分水解,在低温下（20-80℃）制备出含有锐钛矿晶体、具备光催化活性、长期稳定的TiO2溶胶,避免了常见研究中制备或后续中的高温热处理。 本文详细研究了钛酸丁酯的水解聚合的过程与晶化过程,以及多水体系中制备条件与TiO2溶胶物理性能及光催化性能的关系。 钛酸丁酯的水解聚合的过程与晶化过程:在多水体系中,钛酸丁酯完全水解,得到含钛无机溶胶粒子。这些溶胶粒子先较为松散地聚集在一起,并逐渐生长、一体化,形状规则化、结构趋于完善致密,最终形成四方晶系锐钛矿型晶体。 制备条件与TiO2溶胶物性及性能的关系: 1、在溶胶固含量一定的前提下,H2O/Ti（BuO）4（摩尔比）大于64时,溶胶中锐钛矿较为完善,光催化效果较好;随水量的增加锐钛矿晶型更加完善,光催化效果更好。 2、在多水体系中(H2O/Ti（BuO）4（摩尔比）>100),强酸性条件下（pH<1）较易获得金红石和锐钛矿的混合晶型,并含有极少的板钛矿;在弱酸性条件下（1<pH<4）,主晶相为锐钛矿;在中性介质中（5<pH<7）,得到锐钛矿和板钛矿的混合晶型。在强碱性介质中,获得无定型结构二氧化钛。在强酸性环境中制备出的混晶溶胶样品具有很好的光催化性能。 3、多水体系制得的溶胶随陈化温度（20℃,40℃,60℃,80℃）的升高,溶胶中锐钛矿晶体不断趋于完善,晶粒尺寸略有增加;同时,溶胶中锐钛矿晶体的禁带宽度变窄,溶胶的吸收边逐渐“红移”光催化能力不断增强。