TiO2基功能材料的制备及其光催化性能研究文献综述

开题报告内容：（包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述，不少于2000字）

1.研究背景

环境污染、能源短缺的现状使得人们越发注重可持续发展这一国家战略。为了达到这一目的，无数学者投入了大量的心血，洒下了无尽汗水。在这一历史趋势下，二氧化钛这一半导体材料越发受到人们的广泛关注，科研人员对其进行了大量的研究工作。现在二氧化钛广泛应用于光水解制氢、降解有机污染物、制备太阳能电池、用于电化学传感以及制造涂料，牙膏等等。

纳米二氧化钛作为光催化材料具有光催化性能较好、化学性质稳定、价廉易得、无污染、低毒等优点，但是由于二氧化钛是半导体材料，其禁带宽度较大（约3.2 e V ）,导致其只能吸收太阳波谱中的紫外部分（387nm以下），这大大限制了二氧化钛功能材料的使用。在整个太阳波谱中，紫外光仅占4%左右，而可见光部分约占46%。如果可以通过某种手段使得二氧化钛材料能够利用可见光部分，那么二氧化钛光催化性能将会大大提高。目前,人们通过染料敏化、量子点敏化、金属掺杂、非金属离子的掺杂以及半导体亲合等方式来增强二氧化钛对可见光的响应性。

自然界中二氧化钛主要存在三种晶型---锐钛矿、金红石和板钛矿。其中锐钛矿和板钛矿是二氧化钛的低温相,金红石为二氧化钛的高温相。在实验条件下,二氧化钛材料烧结温度450-500℃可得锐钛矿型，烧结温度大于600℃可得金红石型。锐钛矿和金红石二氧化钛主要用于光催化研究领域，但是由于金红石表面羟基数量较少、高温煅烧引起二氧化钛颗粒团聚等因素使得锐钛矿型二氧化钛光催化活性一般优于金红石型。

二氧化钛纳米颗粒的制备方法有很多，粗分为物理法和化学法。其中物理法包括气相沉积法（PVD）、珠磨粉碎法等。而化学法根据反应相的不同分成气相、液相和固相反应法。实验室条件下应用液相反应法居多。化学法制备二氧化钛主要包括化学水解法、水热或溶剂热法、溶胶-凝胶法、以及微乳法等。

溶胶凝胶法一般以钛的无机盐或钛醇盐为前驱体，溶于有机溶剂后加入水解抑制剂，再加入水经水解缩聚反应后形成溶胶，溶胶陈化得凝胶，干燥、研磨、煅烧后得到纳米二氧化钛粉体。

水热法是在不锈钢的反应釜中，使用聚四氟乙烯内胆，合成一系列化合物的方法。在密闭的反应釜中，通过加热使水蒸发，达到饱和蒸汽压，从而形成高温高压的反应条件。该反应原理尚不清楚，但操作简单，且产物粒径形貌比较理想故而广泛使用。

2.研究目的

本实验设计预计通过溶胶-凝胶法或水热法进行制备二氧化钛纳米材料。通过改变反应条件，如加料比例、反应温度、反应时间等来制备一系列在形貌、粒径、比表面积等方面有差异的二氧化钛纳米材料。继而通过比较不同材料光催化性能的差异得出二氧化钛光催化性能与反应变量、其自身性质之间的关系。