納米TiO2制備及其應(yīng)用研究進(jìn)展

王祉諾，李夢(mèng)雨，郭 玉，梁冬冬，劉世民

(大連交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院， 遼寧 大連 116028)

0 引 言

二氧化鈦，又被稱(chēng)作鈦白，其化學(xué)式為T(mén)iO2，常用于顏料和涂劑領(lǐng)域，是被發(fā)現(xiàn)的第一代光催化材料。TiO2的化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，常溫條件下和其他物質(zhì)幾乎不發(fā)生反應(yīng)，并且還不溶于水和稀酸。除此之外，TiO2還有非常穩(wěn)定的光化學(xué)性質(zhì)，在紫外光條件下與還原物質(zhì)接觸，不會(huì)因脫氧作用而發(fā)生腐蝕。不僅如此，TiO2在生物學(xué)中也是惰性的，不會(huì)參與到新陳代謝中。TiO2以其穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)、無(wú)毒性、經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)勢(shì)，作為光催化材料以來(lái)就一直作為研究的熱點(diǎn)材料[1]。

TiO2是一種無(wú)機(jī)非金屬材料，存在三種較為常見(jiàn)的晶相：銳鈦礦相、金紅石相和板鈦礦相。板鈦礦相最不穩(wěn)定，在自然界中很稀有，因此TiO2一般主要以銳鈦礦相和金紅石相的形式存在。銳鈦礦相是TiO2的亞穩(wěn)態(tài)相，金紅石相是TiO2的穩(wěn)態(tài)相，銳鈦礦相會(huì)在一定溫度下轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石相(相轉(zhuǎn)變溫度一般在400-1000 ℃)[2]。這種材料由于具有優(yōu)異的化學(xué)性能(耐酸堿及化學(xué)腐蝕)、穩(wěn)定性好、無(wú)毒和低成本等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于化學(xué)、醫(yī)藥、食品、化妝品、顏料等行業(yè)。

納米TiO2具有特殊的結(jié)構(gòu)[3-4]，表現(xiàn)出小尺寸效應(yīng)、表面與界面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)等特性。因此與塊體TiO2材料相比在輻射、吸附、催化等方面表現(xiàn)出不同的特性。且具有很強(qiáng)的散射能力，能較好吸收紫外線(xiàn)，尤其是對(duì)長(zhǎng)波紫外線(xiàn)UVA、UVB的吸收，成為半導(dǎo)體領(lǐng)域中研究最多的光催化劑。然而純TiO2在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)太陽(yáng)光的利用率過(guò)低，量子產(chǎn)率也較低，降低了其應(yīng)用價(jià)值?，F(xiàn)階段大部分科學(xué)家致力于研究納米TiO2的光催化效率和機(jī)理，例如摻雜稀土元素可以提高納米TiO2對(duì)光源的催化效率以及有效增大光量子產(chǎn)率[5-6]。

雖然單一的納米半導(dǎo)體材料催化劑具有一些缺點(diǎn)，但TiO2半導(dǎo)體復(fù)合材料以其容易制得、價(jià)格便宜、不會(huì)帶來(lái)二次污染等優(yōu)點(diǎn)已受到越來(lái)越多研究人員的重視[7]。目前，全世界己有多個(gè)國(guó)家和地區(qū)對(duì)納米材料進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究，到目前為止，納米產(chǎn)品己經(jīng)創(chuàng)造了很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，在不久的將來(lái)納米產(chǎn)品還將會(huì)為人類(lèi)提供更物美價(jià)廉的材料。因此，納米科學(xué)將會(huì)產(chǎn)生又一次工業(yè)革命。本文將對(duì)TiO2納米粒子的最新制備及應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行系統(tǒng)性論述。

1 TiO2納米粒子種類(lèi)

TiO2分為銳鈦礦型、金紅石型、板鈦礦型。

銳鈦礦型TiO2屬于四方晶系，由四個(gè)TiO2分子組成一個(gè)晶胞，晶胞參數(shù)分別為a=0.3776 nm，c=0.9486 nm，c/a=2.5122。銳鈦礦型TiO2僅在低溫下穩(wěn)定，溫度達(dá)到610 ℃時(shí)便開(kāi)始緩慢轉(zhuǎn)化為金紅石型，750 ℃時(shí)這種轉(zhuǎn)化已具有較高速度，915 ℃可完全轉(zhuǎn)化為金紅石型。金紅石型TiO2也屬于四方晶系，晶格中心有一個(gè)鈦原子，周?chē)?個(gè)氧原子，氧原子位于八面體的棱角處，兩個(gè)TiO2分子自成一個(gè)晶胞，晶胞參數(shù)分別為a=0.4584 nm，c=0.2953 nm，c/a=0.6442。板鈦礦型TiO2的晶型屬于斜方晶系，六個(gè)TiO2分子組成一個(gè)晶胞，其晶胞參數(shù)a=0.545 nm，c=0.515 nm，c/a=0.9495。板鈦礦型TiO2是不穩(wěn)定的化合物，在溫度高于650 ℃時(shí)就轉(zhuǎn)化為金紅石型。

2 TiO2納米粒子制備現(xiàn)狀

目前，TiO2納米粒子的制備方法有很多種，例如：固相法、氣相法和液相法。根據(jù)制備的方法也可分為物理法和化學(xué)法。本文介紹了物理法和化學(xué)法。

2.1 物理法

TiO2納米粒子的物理制備方法包括濺射法、球磨法、氣體中蒸發(fā)法等。該類(lèi)方法一般運(yùn)用光、電等技術(shù)使材料在真空或惰性氣氛中蒸發(fā)出原子或分子后結(jié)晶形成納米顆粒。

(1)濺射法

磁控濺射技術(shù)[8]已被廣泛應(yīng)用于塊體表面鍍膜，但將其應(yīng)用于納米顆?；拙哂泻艽箅y度，所以目前還沒(méi)有相關(guān)的研究成果。由于磁控濺射沉積具有方向性，靶面金屬?gòu)陌忻鏋R射出來(lái)后向待沉積的基底表面運(yùn)動(dòng)，只能沉積到其朝向靶面的表面，背向靶面或者被遮擋的表面則無(wú)法沉積，造成嚴(yán)重的不均勻負(fù)載。而顆?；资艿狡涔逃行螤畹南拗?，始終存在背對(duì)靶面的表面，而且顆粒團(tuán)聚之后還會(huì)相互遮擋，進(jìn)一步加劇了沉積的不均勻性。因此，只有將顆粒充分分散，使每個(gè)顆粒的各個(gè)表面都能等概率地暴露在濺射環(huán)境中，才能得到均勻分布的顆粒沉積。由于納米顆粒比表面積大，吸附性強(qiáng)，難以分散，所以要將磁控濺射方法應(yīng)用于納米顆粒表面負(fù)載，就必須使用特定手段將其在濺射環(huán)境中充分分散。

2012年，張貴峰、朱四美[9]等采用直流反應(yīng)磁控濺射的方法在普通玻璃上沉積光催化性薄膜，考察了工作氣壓、濺射功率、沉積溫度以及氧濃度對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響。

(2)球磨法

球磨法利用磨球的轉(zhuǎn)動(dòng)或振動(dòng)，使硬球?qū)υ牧线M(jìn)行強(qiáng)烈的撞擊、研磨和攪拌，把粉末粉碎為納米級(jí)微粒的方法。材料的球磨主要用于粉末冶金工業(yè)、陶瓷工業(yè)和礦物加工。球磨法主要的功能是可以減小粒徑尺寸、固態(tài)合金化、融化或混合以及改變粒子的形狀等。球磨法大多用于加工有限制的或相對(duì)脆性、硬的材料，這些材料在球磨過(guò)程中將發(fā)生斷裂、形變和冷焊。到目前為止，出現(xiàn)了多種球磨法如摩擦磨、振動(dòng)磨、滾轉(zhuǎn)和平面磨等用于滿(mǎn)足人們不同的需求。

2012年，高翔等[10]采用高能球磨法處理TiO2與雙氰胺粉末混合物，在不同球磨時(shí)間和球磨轉(zhuǎn)速條件下對(duì)TiO2的相變進(jìn)行了研究，利用X射線(xiàn)衍射儀對(duì)產(chǎn)物的相組成進(jìn)行表征。結(jié)果表明：在700 r/min的高速球磨條件下，TiO2發(fā)生了由銳鈦礦相向金紅石相和Srilankite(Ti2ZrO6)高壓相的轉(zhuǎn)變，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)球磨時(shí)間越長(zhǎng)，Srilankite高壓相和金紅石相的含量越多，最后趨向平衡；然后提高球磨轉(zhuǎn)速，使之達(dá)到1000 r/min，銳鈦礦相向Srilankite高壓相的轉(zhuǎn)變占主導(dǎo)，更易于形成Srilankite高壓相，Srilankite高壓相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比原來(lái)增加至47.8%。

(3)微波法

微波[10]是目前一種較為新型的加熱方式，具有瞬間加熱、均勻穩(wěn)定等特點(diǎn)，在制備納米TiO2過(guò)程中能夠使反應(yīng)液迅速升溫，無(wú)溫度梯度，使納米TiO2形成細(xì)小的晶核?，F(xiàn)在，微波加熱技術(shù)已逐漸從理論研究過(guò)渡到實(shí)踐應(yīng)用階段。

2014年，徐文國(guó)等[11]利用微波輔助溶膠凝膠法以TiCl4為原料在水相中制備TiO2，并在紫外光源照射下降解甲基橙，進(jìn)行光催化降解實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：該方法制備的納米TiO2在120 ℃、30 min的條件下光催化活性最高。

2.2 化學(xué)法

TiO2納米粒子的化學(xué)方法制備有很多種，主要有化學(xué)共沉淀法[12]、溶劑熱法[13]、微乳液法[14]、溶膠-凝膠法[15]、化學(xué)氣相沉積法[16]等等。

(1)化學(xué)共沉淀法

共沉淀法包括直接沉淀法和均勻沉淀法。共沉淀法的基本原理是將沉淀劑加入到兩種或兩種以上陽(yáng)離子共存(均勻存在)的電解質(zhì)溶液中，經(jīng)過(guò)充分反應(yīng)，然后生成均勻的沉淀，最后將沉淀熱分解，得到納米粉體。直接沉淀法通常將一定濃度的氫氧化鈉溶液和鈦源進(jìn)行攪拌，反應(yīng)完全后會(huì)形成絮狀沉淀。用去離子水或無(wú)水乙醇將沉淀洗至中性，之后進(jìn)行干燥、研磨和熱處理，最終獲得超細(xì)氧化物粉體。而均勻沉淀法是在化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的過(guò)程中就已經(jīng)生成了沉淀，并通過(guò)控制生成沉淀的速度就可以防止?jié)舛炔痪鶆虻那闆r出現(xiàn)。

該工藝的突出優(yōu)點(diǎn)是原料來(lái)源廣，成本低；缺點(diǎn)是制備程序復(fù)雜，自動(dòng)化程度較低，每步工藝的原料參數(shù)要精密控制，不然很難得到分散性好的納米TiO2粉體。

2017年，趙夢(mèng)夢(mèng)[17]等通過(guò)共沉淀法將SiO2組分摻入到V2O5-WO3/SiO2-TiO2催化劑TiO2載體中，并通過(guò)多種物理化學(xué)手段，考察了不同SiO2摻雜量對(duì)催化劑結(jié)構(gòu)、表面性質(zhì)與SCR性能的影響。結(jié)果表明，SiO2摻入到TiO2中，Si與Ti形成Si—O—Ti鍵，使催化劑比表面積增加。Si—O—Ti鍵的生成以及SiOx物種上的-OH基團(tuán)使催化劑表面Brφnsted酸增加，但新增的Brφnsted酸對(duì)選擇性催化還原(SCR)反應(yīng)不利，并且SiO2的摻雜也使得V5+含量降低，Si—O—V鍵合作用使分散的VOx物種更難還原，Si組分以共沉淀法摻入到V2O5-WO3/TiO2催化劑會(huì)造成脫硝活性的顯著下降。

(2)溶劑熱法(高溫高壓法)

溶劑熱反應(yīng)是在高溫高壓下，在水或苯等溶劑中進(jìn)行的反應(yīng)的總稱(chēng)，該方法分為水熱法和有機(jī)溶劑熱法。水熱法是較為常用的一種方法。1982年出現(xiàn)了水熱合成技術(shù)，現(xiàn)在將一些新的技術(shù)引入了水熱法中，并合成了一系列的納米氧化物，目前已成為一種廣泛的合成技術(shù)。

2017年，張拓[18]等采用超臨界水熱合成法制備TiO2納米粉體，研究反應(yīng)條件包括溫度、壓力、反應(yīng)時(shí)間對(duì)納米粉體顆粒的粒徑大小、形貌及結(jié)晶度的影響。結(jié)果表明：隨著溫度從亞臨界升高到超臨界，TiO2顆粒粒徑急劇減小，且結(jié)晶度增大，最終合成10 nm左右結(jié)晶度良好的橢球形顆粒。顆粒在26-30 MPa的壓力范圍內(nèi)，結(jié)晶度隨著反應(yīng)壓力的增大而增大，但粉體粒徑大小差別不大。在1 min的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)即檢測(cè)出了TiO2物相，而在5 min后生成了結(jié)晶良好的橢球形晶體，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，棒狀的顆粒逐漸增多，這是由于發(fā)生了溶解-結(jié)晶機(jī)理。

(3)微乳液法

微乳液法作為合成納米材料的新型技術(shù)，不僅具有合成條件溫和、粒徑大小可控等特點(diǎn)，而且實(shí)驗(yàn)流程簡(jiǎn)單，應(yīng)用范圍寬廣，相比傳統(tǒng)技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)合理挑選表面活性劑以及控制相對(duì)含量，可將其水相液滴大小限制在納米級(jí)別，不同微乳液滴相互撞擊發(fā)生物質(zhì)交換，在水核中產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。每個(gè)水相微區(qū)等同于一個(gè)微反應(yīng)器，限制了產(chǎn)物粒子的大小，最終得到納米粒子。而且采用合適的表面活性劑吸附在納米粒子的表面，對(duì)生成的粒子起穩(wěn)定和保護(hù)作用，防止粒子進(jìn)一步長(zhǎng)大，并能對(duì)納米粒子起到表面化學(xué)改性作用。該方法是以微乳體系中的微乳液滴為納米微反應(yīng)器，通過(guò)人為控制微反應(yīng)器的尺寸及其它反應(yīng)條件，可以獲得粒徑可控、分散性良好的球形納米粒子[19]。

2014年，胡湖[20]等以十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)為乳化劑，丙烯酸(AA)為助乳化劑，甲基丙烯酸甲酯為油相，配合適量的水，構(gòu)建反相(W/O)微乳液，研究了該微乳液體系的相行為。結(jié)果表明，當(dāng)CTAB/AA質(zhì)量比為2/3，形成的反相微乳液?jiǎn)蜗鄥^(qū)最大。KH-570以化學(xué)鍵的形式接枝到納米TiO2表面，改性納米TiO2的平均粒徑在10 nm左右且分散均勻。

(4)溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠法就是用含高化學(xué)活性組分的化合物作前驅(qū)體，在液相下將這些原料均勻混合，并進(jìn)行水解、縮合化學(xué)反應(yīng)，在溶液中形成穩(wěn)定的透明溶膠體系，溶膠經(jīng)陳化膠粒間緩慢聚合，形成三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠，凝膠網(wǎng)絡(luò)間充滿(mǎn)了失去流動(dòng)性的溶劑。將所得到的的凝膠經(jīng)過(guò)干燥和燒結(jié)固化可制備出分子乃至納米亞結(jié)構(gòu)的材料。與其他方法相比，溶膠-凝膠法具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。

由于溶膠-凝膠法中所用的原料首先被分散到溶劑中而形成低粘度的溶液，因此，就可以在很短的時(shí)間內(nèi)獲得分子水平的均勻性，在形成凝膠時(shí)，反應(yīng)物之間很可能是在分子水平上被均勻地混合；由于經(jīng)過(guò)溶液反應(yīng)步驟，那么就很容易均勻定量地?fù)饺胍恍┪⒘吭?，?shí)現(xiàn)分子水平上的均勻摻雜；與固相反應(yīng)相比，化學(xué)反應(yīng)將容易進(jìn)行，而且僅需要較低的合成溫度，一般認(rèn)為溶膠-凝膠體系中組分的擴(kuò)散在納米范圍內(nèi)，而固相反應(yīng)時(shí)組分?jǐn)U散是在微米范圍內(nèi)，因此反應(yīng)容易進(jìn)行，溫度較低。

(5)化學(xué)氣相沉積法

化學(xué)氣相沉積法是一種制備高質(zhì)量和高性能固體材料的高溫化學(xué)氣相合成法。在半導(dǎo)體工業(yè)生產(chǎn)中常用于制備高質(zhì)量薄膜材料。襯底置于高溫環(huán)境中，通入一種或多種氣相前驅(qū)體。前驅(qū)氣體在高溫環(huán)境中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在襯底上根據(jù)熔點(diǎn)不同析出無(wú)機(jī)單質(zhì)、氧化物或金屬等產(chǎn)物?；瘜W(xué)氣相沉積法通過(guò)控制反應(yīng)溫度、時(shí)間和氣相前驅(qū)體的通入速率等條件，可控制產(chǎn)物的晶型、層數(shù)和形貌。

2011年，吳金玲[21]等用火焰化學(xué)氣相沉積法，分別以氨氣為氮源、TiCl4為T(mén)iO2前驅(qū)體，在丙烷-空氣湍流火焰中氧化制備氮摻雜納米TiO2顆粒。用TiCl4為T(mén)iO2前驅(qū)體，在丙烷-空氣湍流火焰中氧化制備納米TiO2顆粒，然后在管式爐中，在氨氣的環(huán)境下高溫煅燒制備氮摻雜納米TiO2顆粒。利用X射線(xiàn)衍射儀、紫外可見(jiàn)光譜儀、透射電子顯微鏡、X射線(xiàn)光電子能譜等分析方法對(duì)兩種方法所制備的樣品進(jìn)行表征。結(jié)果表明：在相同的氨氣流量下，火焰化學(xué)氣相沉積法直接制備的氮摻雜納米TiO2顆粒在波長(zhǎng)400-500 nm的可見(jiàn)光的吸收強(qiáng)度大，氮摻雜量多。

3 TiO2納米粒子的應(yīng)用現(xiàn)狀

納米二氧化鈦因其獨(dú)特的物理化學(xué)性能，在光催化、抗菌、陶瓷、道路工程、涂料、太陽(yáng)能等方面得到廣泛的應(yīng)用研究，是一種重要的無(wú)機(jī)功能材料。

(1)TiO2是一種重要的無(wú)機(jī)功能材料，TiO2納米管具有較大的比表面積，在太陽(yáng)能的儲(chǔ)存與利用、光電轉(zhuǎn)換、光致變色及光催化降解大氣和水中的污染物等方面有廣闊的應(yīng)用前景。

2017年，張宏忠[22]等通過(guò)水熱法制備納米二氧化鈦，采用相轉(zhuǎn)換法制備/TiO2PVDF 膜，將該復(fù)合膜用于光催化膜反應(yīng)器中，以 1 g/L 牛血清蛋白(BSA)溶液模擬天然大分子廢水，以截留率和膜通量為參數(shù)，采用無(wú)光截留-光催化降解交替運(yùn)行方式研究其光催化性能與膜分離性能。結(jié)果表明：添加納米TiO2可以增大PVDF膜的親水性，TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的TiO2/PVDF 膜親水性最好，對(duì) BSA 的截留率達(dá)到93%；采用交替運(yùn)行方式，無(wú)光時(shí)膜表面截留大量的BSA分子，膜通量減小，衰減率達(dá)到 85%-90%，加光通純水一段時(shí)間后，由于納米TiO2光催化降解膜表面的BSA 大分子，膜通量逐漸恢復(fù)，恢復(fù)率均達(dá)到86%；連續(xù)交替運(yùn)行后，周期逐漸縮短，恢復(fù)率趨于穩(wěn)定。說(shuō)明TiO2/PVDF 膜用于光催化膜反應(yīng)器中，將光催化技術(shù)與膜分離技術(shù)耦合，顯著地恢復(fù)了膜通量，增加膜的使用壽命，同時(shí)避免了催化劑流失。

(2)隨著納米TiO2光催化劑的抗菌性能不斷被人們開(kāi)發(fā)和利用，抗菌陶瓷、抗菌塑料、抗菌涂料、抗菌玻璃、抗菌不銹鋼等抗菌日用品也相繼出現(xiàn)。

2017年，尹興[23]等以聚乳酸(PLA)為原料，添加納米TiO2來(lái)制備新型可生物降解抗菌包裝材料。方法將抗菌劑納米TiO2添加到PLA中，采用溶液流延法制備納米TiO2/PLA抗菌薄膜。測(cè)試該抗菌薄膜的抑菌性、力學(xué)性能、透濕性，并用掃描電子顯微鏡、傅里葉紅外光譜、X射線(xiàn)衍射測(cè)定等手段對(duì)改性結(jié)果進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果表明：當(dāng)納米TiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%時(shí)，抗菌薄膜對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌率為90.27%，其拉伸強(qiáng)度為23.2 MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為2.2%，透濕系數(shù)為2.3×10-13g·cm/(m2·s·Pa)。說(shuō)明了TiO2/PLA抗菌薄膜具有優(yōu)良的抑菌效果，可廣泛用于食品、藥品等產(chǎn)品的包裝。

(3)TiO2還可以作為陶瓷材料。2015年，李榕[24]等以九水硝酸鐵和硫酸鈦為原料，利用共沉淀法合成了Fe2O3/TiO2混合粉體，粉體壓制成型的素坯經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)制備Fe2O3/TiO2陶瓷。通過(guò)XRD、SEM分析Fe2O3/TiO2多孔陶瓷的物相和微觀(guān)結(jié)構(gòu)，并通過(guò)對(duì)甲基藍(lán)溶液(濃度為25 mg/L)的降解研究其光催化性能和循環(huán)使用性能。結(jié)果表明：紫外和可見(jiàn)光條件下，該陶瓷第一次使用時(shí)對(duì)甲基藍(lán)溶液的最大降解率分別是80%和94%，循環(huán)使用三次后，最大降解率分別僅下降16%和17%。所制備的Fe2O3/TiO2陶瓷具有良好的光催化性能和循環(huán)使用性能，且利于收集，在污水處理方面有巨大作用。

(4)TiO2可以防止瀝青老化。2017年，于江[25]等針對(duì)納米TiO2對(duì)瀝青老化性能的影響進(jìn)行研究，以不同摻量的TiO2分別對(duì)克拉瑪依90#瀝青和膠橡瀝青進(jìn)行改性，通過(guò)TFOT短期熱氧老化和紫外線(xiàn)老化試驗(yàn)，宏觀(guān)上用常規(guī)指標(biāo)評(píng)價(jià)兩種瀝青老化前后的物理性能變化，微觀(guān)上采用傅里葉紅外光譜分析法精確計(jì)算瀝青老化前后的羰基、亞砜基官能團(tuán)含量。以羰基指數(shù)(IC=O)和亞砜基指數(shù)(IS=O)作為定量分析瀝青老化行為的指標(biāo)，通過(guò)分析瀝青官能團(tuán)指數(shù)及其與宏觀(guān)性能之間相互對(duì)應(yīng)的關(guān)系規(guī)律表明：摻雜量為1.5%的TiO2能明顯提高橡膠瀝青的抗短期熱氧老化和紫外線(xiàn)老化性能，經(jīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的TiO2改性后的克拉瑪依90#基質(zhì)瀝青有較好的抗紫外線(xiàn)老化性能。

(5)TiO2可以添加到涂料中，作為降解甲醛等有機(jī)物的催化劑。半導(dǎo)體TiO2光化學(xué)性能已使其可用于許多領(lǐng)域，如空氣、水和流體的凈化。以碳或其他雜原子摻雜的光催化劑也可用于具有散射光源的密封空間或區(qū)域。在建筑、人行石板、混凝土墻或屋頂瓦上的涂料中添加，可以明顯增加對(duì)空氣中污染物如氮氧化物、芳烴和醛類(lèi)的分解。近年來(lái)，隨著TiO2光催化技術(shù)在涂料自清潔技術(shù)中的應(yīng)用，光催化效應(yīng)成為了目前制備自清潔涂層最具吸引力的方法。但光催化會(huì)對(duì)有機(jī)基料會(huì)產(chǎn)生不利的分解作用，也會(huì)加速涂膜自身分解。

2013年，段東方[26]等將納米TiO2制成漿液噴涂于涂料表層，利用TiO2優(yōu)異的UV屏蔽作用減少了光催化作用對(duì)涂膜的損傷。

(6)納米TiO2粉體具有吸收紫外光的特點(diǎn)，且無(wú)毒性，對(duì)人體無(wú)害。因此，超細(xì)的TiO2粉末也被制成防曬化妝品。

(7)TiO2有較好的紫外線(xiàn)掩蔽作用和光屏蔽性，常作為防曬劑摻入紡織纖維中。

(8)TiO2可以作為電極材料。2016年，鐘建丹[27]等采用陽(yáng)極氧化技術(shù)、電化學(xué)沉積技術(shù)和真空蒸發(fā)技術(shù)制備出兩種響應(yīng)可見(jiàn)光的Pt/石墨烯/TiO2薄膜電極。電化學(xué)沉積時(shí)以氯鉑酸、磷酸氫二銨、磷酸氫二鈉和水的混合溶液為電解液；分析得到了Pt/石墨烯/TiO2薄膜電極制備的最佳條件，實(shí)現(xiàn)了可控制備，此電極薄膜可更有效的利用太陽(yáng)光。

納米晶TiO2薄膜電池[28-29]便是通過(guò)合成無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合半導(dǎo)體納米材料研制新型低成本、高性能的太陽(yáng)能電池方式中的一種。它利用固態(tài)染料敏化納米晶TiO2制作太陽(yáng)能電池的負(fù)極板，不僅解決了液體電解質(zhì)的封裝問(wèn)題，并在沒(méi)有大幅度降低電池光電轉(zhuǎn)化效率的前提下，能夠有效延長(zhǎng)染料太陽(yáng)能電池的使用壽命。

(9)納米TiO2添加到紙漿纖維中，可以制成耐光的亞光高白紙，以及色彩鮮艷的有色紙，并且可以達(dá)到抗紫外線(xiàn)的效果。已有企業(yè)將納米TiO2等制成調(diào)色劑，在漿料中使用，能提高白度，而且使染色更容易，色彩更鮮艷，提高了有機(jī)顏料的耐熱性和氧化性能，使紙張顏色更穩(wěn)定而不易返黃[30]。

4 TiO2納米粒子應(yīng)用中存在的問(wèn)題

雖然TiO2應(yīng)用如此廣泛，但在實(shí)際應(yīng)用中的局限其實(shí)很大。主要是光催化反應(yīng)本身的特點(diǎn)決定的。

(1)光催化是表面反應(yīng)，在非均相反應(yīng)中必然涉及傳質(zhì)，TiO2本身吸附能力不強(qiáng)，影響了其催化能力，尤其是催化低濃度污染物的能力，對(duì)室內(nèi)空氣不能達(dá)到理想的凈化效果。

(2)光催化的能量來(lái)源是光，光的特點(diǎn)是宏觀(guān)上直線(xiàn)傳播，且易被阻擋，到達(dá)催化劑表面時(shí)損失已經(jīng)較大，光源布置對(duì)催化性能影響很大。

(3)副產(chǎn)物問(wèn)題，光催化反應(yīng)對(duì)污染物的礦化能力取決于光催化劑的結(jié)構(gòu)，對(duì)不同的污染物產(chǎn)生的副產(chǎn)物不同，部分可能毒性更強(qiáng)。

5 結(jié) 語(yǔ)

迄今為止，國(guó)內(nèi)外對(duì)納米TiO2粒子的研究較多，制備工藝也越來(lái)越成熟。本文簡(jiǎn)述了TiO2目前的基本制備方法及實(shí)際應(yīng)用，也為以后的相關(guān)工作提供了相應(yīng)的理論指導(dǎo)。由于TiO2幾年來(lái)的需求量越來(lái)越大，因此，TiO2制備及應(yīng)用過(guò)程中遇到的不能高效利用的問(wèn)題成為今后研究的方向。隨著相關(guān)技術(shù)的開(kāi)發(fā)，納米TiO2必將迎來(lái)更廣闊的市場(chǎng)發(fā)展空間，并將帶來(lái)巨大的社會(huì)效益。

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