TiO2纳米粒子在水中分散性的研究(3)
然而，TiO2颗粒之间由于比表面积大，具有较高的表面能量，且由于伴随着库仑力和范德华力的影响，使TiO2纳米颗粒彼此表面相互紧靠，从而使纳米颗粒的总表面积，以及表面自由能大大降低。其结果是，在制备、后处理和应用过程中，纳米颗粒容易发生凝聚，容易形成相应的次级粒子，从而形成软团聚和硬团聚，严重影响TiO2纳米颗粒和其他相关应用中的催化性能。因此，如何避免在水溶液中纳米TiO2的凝聚行为的研究就显得尤为重要，从而引出了提高纳米TiO2粒子在水溶液中分散性的课题。
当TiO2纳米粒子在最终应用阶段，只有其液-固界面的自由能相比固-固界面的自由能更低时，才能够使这些凝聚发生进一步的分散。因此，研究发现，此时应需要加入一些极性相对较大的分散介质，这样可以增加其润湿力，降低其液-固界面自由能，以提高TiO2的分散性。为了更容易地分散TiO2纳米粒子，还需加强其纳米粒子之间相互的排斥作用。由于形成相同的TiO2纳米粒子间总是存在着范德华力，只有当粒子之间能有足够强的斥力的能量来克服其范德华力时，TiO2分散体才能够稳定地存在。为了能够更加充分地显示出TiO2纳米粒子的优异特性，我们需要找到一个合适的分散剂，为TiO2纳米粒子进行改性处理，即在其纳米颗粒表面涂有一层无机膜或有机膜，从而使已经凝聚的TiO2纳米颗粒再次分散，这层膜应当具有表面活性剂的性质，可以使TiO2纳米粒子具有能够在有机物溶剂和水相中呈高度分散状态的性质，以实现更广泛的应用。
目前，国内外对TiO2纳米粒子在液体介质中的分散性的研究表明，通过表面处理、成膜包衣TiO2纳米颗粒、增加Zate电位以及分散剂均可以使分散体趋于稳定。具体操作方法为先通过高速搅拌机，将已凝聚的TiO2颗粒分散成足够小的颗粒，然后添加分散剂后进一步机械搅拌，使分散逐渐稳定。为使得TiO2纳米粒子具有良好的分散稳定性，我们需要从其表面改性、静电效果、分散剂的选择和加工处理等方面入手。研究者们认为，一旦TiO2纳米粒子在其分散介质中的分散性以及分散稳定性能够得到进一步提高，对表现该材料的优异化性能、提高产品的质量会起到非常积极的作用。
因此，如何提高在液体介质中TiO2纳米粒子的分散性仍然是值得探讨的课题。国际间，许多研究人员为此课题的研究投入了大量的人力物力。最近几年来，人们在纳米TiO2的应用、TiO2纳米材料的合成制备、影响TiO2纳米粒子分散性的因素等诸多方面又取得了很多有意义的研究成果。在这里，我们将对这方面的研究所取得的进展作一些简单的介绍。
1.2 TiO2的结构与基本性质
随着对TiO2研究的不断深入，人们通过TiO2不同的晶体结构特征，挑选出最适合广泛应用于各个领域的，可发挥优良功效的TiO2晶体，并就其物理性质等进行了深度的分析研究，努力实现对其性能的优化。在这里，我们将简要说明TiO2的结构和基本性质。
1.2.1 TiO2的结构特征
TiO2 以晶体的形式存在于自然界中，主要可分为三种形式 ，即金红石型 (Rutile)、锐钛矿型 (Anatase)和板钛矿型 (Brookite)。组成该三种晶型的基本单元是均TiO6八面体，而其组成骨架的方式却有所区别。TiO6八面体的骨架可以通过共边的方式或共点的方式组成。图1.1所示的是TiO6八面体结构的连接形式，从图中可以看出，锐钛矿型TiO2晶体结构是由TiO6八面体以共边的形式组成骨架的，而金红石型、板钛矿型TiO2晶体结构，其骨架则是由TiO6八面体以共顶点且共边的形式组成的。
