二氧化钛的制备及光催化性能研究(3)
表1.1 三种二氧化钛晶体结构的X射线衍射数据
二氧化钛结构 晶系 空间群 Z 晶胞参数/nm
A B C
锐钛矿相 四方 D4h19=I41/amd 8 0.378 0.951
板钛矿相 斜方 D2h15=Pbca 8 0.915 0.544 0.514
金红石相 四方 D4h14=P42/mnm 2 0.459 0.296
由于内在晶体结构不同所表现出的理化性质就不同，所以三种晶态的二氧化钛具有的的理化性质也各不相同[2]。根据金红石的构造特征发现金红石可以作为良好的紫外光线屏障，是故可将其作为紫外线吸收剂应用在防UV材料小到生活中如遮阳伞防护膜，大到人类工程如航天飞机外壳材料上必将有着良好的应用前景。由于金红石结构稳定性大于锐钛矿，当锐钛矿颗粒直径小到纳米单位时，锐钛矿的光催化活性异常优异，在环保光催化材料方面应用价值极高。二氧化钛具备非常良好的颜料特性，但是板钛矿结构活泼，使用较少。相较而言锐钛矿和金红石在工业上来讲应用非常普遍，其中覆盖最广的是作为白色颜料的原料。据统计全球颜料消耗的50%都是二氧化钛，而使用二氧化钛作为原材料制作的白色颜料的消耗总量则占80%以上。金红石凭借其较大的相对密度以及折射率从而使其具备非常良好的折射率达到良好的分散光线的效果。同时，由于金红石的理化性质可以看出它具有强大的覆盖力和上色能力， 它在涂料，橡胶，搪瓷，陶瓷，塑料，造纸和纺织行业的白色涂料具有广阔的市场。
1.2.4二氧化钛的晶相稳定性
一般我们主要应用到的二氧化钛晶体结构为板钛矿和金红石， 板钛矿晶体少数晶体结构取决于所制备条件得到的相位，不过也有文章发表指出有大量二氧化钛板钛矿合成的情况，人们在自然界中发现的板钛矿都是大晶体结构。就目前研究水平来看还没有独立的板钛矿样品被制出，故而对于板钛矿结构中的阳离子的分散性研究还是一片模糊。报道称，板钛矿和锐钛矿类似的电气特性，即使微弱的光照强度下会增加光催化。
合成二氧化钛的软化学法是先制备出四价钛作为前驱体，锐钛矿型二氧化钛为主要结晶的二氧化钛相也可以使用钛沉淀法，溶胶-凝胶法的制备[3]。制备出的稳定性取决于样品合成锐钛矿条件。
将板钛矿或锐钛矿相于高于500E的温度焙烧获得金红石相，另外也可以通过溶胶凝胶法掺杂金属铂离子或用金红石引导生成金红石相。Pedraza等人发表文章指出在室温下的TiCl13氧环境中形成金红石结构的微晶会直接氧化，同时金红石结构还具有非常高数值的比表面积，作为热处理的温度变高可获得较大的晶粒。
1.3二氧化钛的制备方法
1.3.1二氧化钛的液相制备方法
1）水热合成法
制备二氧化钛的纳米晶体中有一个运用非常广泛且操作简单的重要合成方法就是水热合成法[4]。这个方法具体是指在一个密闭的容器中施加一定的温度及压强，把水作为原始溶剂让这些混合物在反应釜中进行反应[5]。实验条件中压力会需要大于101.3kPa，而温度需要加热至100℃以上。在这样一个密闭的反应釜体系中，压力和温度取决于系统的构成。水热条件下颗粒的成核和生长的发生，生产超细粉体的形态和大小可以通过实验条件控制，制备所得的晶粒成长后具有晶粒尺寸小且分布均匀，无团聚，无需焙烧等工艺特点[6]。