奈米二氧化鈦光催化薄膜
鈦元素在地殼中含量頗豐,其儲量甚至超過了常見的銅等金屬。氧化鈦是化學惰性的材料,其對於生物具有非常好的相容性,因而在化妝品甚至食品中都能見到其身影。目前市場中最常見的二氧化鐵產品主要作為高檔白色塗料,然而由於其特殊的光學和電學特性,二氧化鐵還有著更為重要的應用。
自2023年首次發現二氧化鈦電極光解水能夠製氧之後,四十年來的不斷研究和論證使得人們相信,目前己知的材料中二氧化鐵仍然是最優秀的半導體光催化劑。
二氧化鈦有三種主要的結晶形式:金紅石(四方晶系)、銳鐵礦(四方晶系)以及板鈦礦(正交晶系)結構,這其中亞穩相板鈦礦較少被用於實際應用。
奈米 tio2是一種重要的無機功能材料。二氧化鈦有著其獨特的效能:第一光催化性,能分解有機物,具有抗菌防汙功能;第二,即超親水性,利用這一性質可生產防霧、自清潔產品。
其中光催化機理已趨完善,而親水性機理迄今為止尚不完全清楚,還存在分歧,有待於更進一步深入研究。
由於其特定的能帶結構, 在紫外光的作用下產生具有強氧化性和還原性的空穴 - 電子對, 可以降解空氣、水介質中的有機化合物,催化光解水體中的無機有毒物質, 在環境淨化領域顯示出巨大的應用潛力。作為光催化劑應用時, 通常的懸浮相光催化氧化法存在著催化劑易失活、易凝聚和難分離等弊端, 而且懸浮粒子影響光的輻射深度,使用成本高昂, 阻礙了光催化氧化技術的實用化。目前國際上更趨於研究發展 tio2薄膜製備技術。
二氧化鈦光催化機理：
半導體材料導電性能介乎於絕緣體和導體之間,其在價帶到導帶之間具有乙個空的能級區域稱為帶隙。這種不連續的電子能級結構導致材料一旦被激發,產生的電子_空穴對的分離將使得激發電荷在材料內、介面及表面發生轉移。實現這一過程首先需要滿足激發光能量大於或等於半導體材料的能帶隙，使得受激發材料價帶產生電子能夠躍遷到導帶而將空穴留在價帶中,然後分離的光生電荷在半導體中進行遷移。
於是,光化學反應得以在半導體與吸附物介面進行。
影響 tio2光催化活性的因素:
影響 tio2光催化活性的因素很多, 就 tio2本身特性而言, 主要有晶形、晶粒尺寸和晶體缺陷。一般認為銳鈦礦晶形的 tio2光催化活性高於金紅石晶形, 但也有研究表明混晶有更高的催化活性。tio2粒子的粒徑越小, 單位質量的粒子數越多, 比表面積也就越大, 越有利於光催化反應在表面上進行,因而光催化反應速率和效率越高。
當粒子的大小在 1- 10nm時, 就會出現量子化效應, 成為量子化粒子, 導致明顯的禁帶變寬, 從而使空穴—電子對具有更強的氧化—還原能力;催化活性將隨尺寸量子化程度的提高而增大, 尺寸的量子化也使半導體獲得更大的電荷遷移速率, 空穴與電子復合的機率大大減小, 也有利於提高光催化效率。另外缺陷的存在對 tio2光催化活性也有著重要影響。
製備方法：
液相沉積法」、「溶膠-凝膠法」、「化學氣相沉積法」、「物理氣相沉積法」和「電化學法」
溶膠 - - 凝膠法採用溶膠 - - 凝膠法製備二氧化鈦薄膜時, 通常是將金屬醇鹽或其他鹽類溶解在醇、醚等有機溶劑中形成均勻的溶液,溶液通過水解和縮聚反應形成溶膠, 之後採用勻膠技術或提拉工藝在基片上成膜, 經進一步聚合反應溶膠轉變形成凝膠;充分乾燥的凝膠經焙燒去掉有機物即可得到所需晶形的薄膜。這種方法工藝裝置簡單, 薄膜製備溫度低, 容易在不同形狀、不同材料的基體上製備大面積薄膜, 甚至可以在粉體表面成膜; 另外, 通過各種反應物溶液的混合, 這種方法可以容易地獲得勻相多組分體系, 實現定量摻雜, 可有效的控制薄膜的成分和結構。目前, 此方法已成為製備奈米 tio2薄膜的最重要方法之一.
二氧化鈦光催化技術的應用：
半導體光催化劑的乙個最重要應用是利用其光催化活性從空氣和水中去除汙染物以及在大氣條件下除臭、防汙和殺菌。由於二氧化鈦有著高的光催化活性、高的穩定性、無毒性以及容易獲得等優點,從而使得它成為目前最有潛力而且幾乎是唯一可選的光催化材料。可利用它來抗菌、防霧、自清潔和淨化室內空氣。
助於排熱，是建築物有效降低溫度而成為清涼建築，從而改善城市中的熱島現象。
近年來,由於二氧化鈦薄膜光致親水性的發現,又促使人們研製開發出防霧自清潔玻璃.fujishima等總結了二氧化鈦薄膜光致親水性在自清潔和抗霧等方面的應用(見表1).wang等[59]比較了塗有二氧化鈦薄膜的建材和沒有塗覆二氧化鈦薄膜的瓷磚暴露在戶外的行為,他們發現塗有二氧化鈦薄膜的超親水性瓷磚表面遠比普通瓷磚要清潔。
日本nissan公司開發出了一種具有雙層結構的親水性室外玻璃,這種玻璃具有良好的親水性保持能力,他們將這種玻璃用於汽車後視鏡,獲得了良好的防霧效果,大大提高了汽車後視鏡的可見度和環境適應能力.日本toto公司也開發了類似產品,他們所開發的這種膜由pet膜組成,其正面塗有tio2,反面塗有膠,使用者可根據需要貼上這種膜.英國皮爾金頓公司及美國ppg公司開發出塗有約40 nm厚的二氧化鈦薄層,在紫外光照下能起到自清潔、分解有機汙染物及殺菌的作用.
日本toyota公司等也有類似的以二氧化鈦為基礎的防霧產品.最近,國內清華大學、復旦大學、武漢理工大學、福州大學、河南大學等單位也相繼開發出了類似產品.,該奈米自清潔玻璃是在常溫常壓的條件下實行鍍膜的,鍍膜玻璃的透光率僅降低2%-3%,且克服了彩虹效應（在一定的距離和角度下觀察玻璃時,會看到玻璃表面出現一些分布不十分規則的彩色斑紋）。
其他應用
光催化還原二氧化碳。co2的光催化還原是在太陽光照射下通過光催化劑將 co2和水或氫氣直接轉化為碳氫燃料, 這既可降低大氣中的 co2濃度, 又能將太陽能轉變為易於儲存與運輸的高能量燃料, 從而緩解當今的能源危機, 對低碳減排、太陽能利用、二氧化碳的資源化都具有十分重要的意義。
光解水製氫。2023年,fujishima和honda在英國《nature》雜誌上首次報道了二氧化鐵電極在紫外光照射下分解水產生氫氣的現象。光催化製氫是利用太陽能引發的光化學過程分解水產出氫,我們知道氫能是非常高效、清潔的能源而地球水資源儲量是非常巨大的。
染料敏化太陽能電池光陽極。
奈米二氧化鈦鋰電池專用
鋰電池專用奈米二氧化鈦 杭州萬景新材料 0571 8892 0936 銳鈦礦奈米二氧化鈦 vk ta18 比表面積大，在光催化，太陽能電池，環境淨化，催化劑載體，鋰電池以及氣體感測器等方面得到廣泛的應用。奈米二氧化鈦 vk ta18 具有良好的快速充放電效能和較高的容量。經迴圈伏安研究表明，鋰離子在...
離子共摻雜對二氧化鈦光催化效能的影響
摘要 本文採用溶膠 凝膠法，通過單摻雜鈰 鐿及雙摻雜製備出幾種改性奈米tio2 材料，並以其作為光催化劑，選擇十二烷基苯磺酸鈉 sdbs 作為目標降解物，對上述幾種改性奈米tio2 的光催化效能進行了對比研究，發現摻雜稀土鈰 鐿的奈米tio2 能明顯提高其光降解效能。其中鈰的最佳摻雜濃度為0.2 w...
瑞鈦二氧化鈦溶膠產品的工業應用
工業應用 一 應用於電磁爐面板的微晶玻璃 噴塗二氧化鈦 親水性好未噴塗 親水性差 噴塗二氧化鈦 油汙易去除未噴塗 油汙難去除 噴塗瑞鈦奈米二氧化鈦溶膠的電磁爐面板 微晶玻璃 特點 具有超親水性 防油汙 自潔易清洗。瑞鈦產品不僅在陽光下有效，在晚上 陰雨天同樣有較好的效果。二 應用於廚房裝置 瑞鈦奈米...