纳米镍@二氧化钛纳米棒的制备与研究+文献综述(2)
无机半导体材料，尤其是纳米结构半导体材料，以其特有的光、电及催化等性能在光催化、光电转换、传感器和分子基器件等方面发挥着重要作用，使之成为目前材料科学研究的一个热点，被公认为是21世纪最有前途的领域之一。
二氧化钛（TiO2）俗称钛白，是钛系最重要的产品之一，也是一种重要的化工和环境材料。纳米TiO2是一种新型的无机材料。与常规材料相比，纳米TiO2具有独特的性能：如比表面积大；磁性强；具有极强的吸收紫外线的能力；表面活性大；热导性好；分散性好，所制得的悬浮液稳定等[1]。到目前为止TiO2作为研究最为广泛的光催化剂，通常在贵金属Pt、Pd等协助下有较好的光催化活性[2-3]，但是由于负载贵金属的成本较高，推广应用困难，因此大量的研究工作就朝着设计合成新型高效光催化剂进行，1972年日本学者Fujishima和Honda对光照二氧化钛电极导致水分解产生氢气这一现象的发现，揭示了利用太阳能裂解水制氢的可能性[4]，其巨大的应用前景立即吸引了全世界众多研究者从事半导体光电化学制氢的研究。TiO2纳米棒由于具有更大的比表面积、更高的吸附能力和传导电子能力，改善了颗粒TiO2的光电催化性能，受到了广泛的关注。现有的光电化学制氢研究，都是以光催化为基础，通过施加较低的直流偏压（一般都低于1V，远低于电解水所需的理论电压1.23V）构成电辅助光催化过程[5]。Mor等报道了TiO2纳米棒阵列做阳极，Pt作阴极，1V偏压，337nm光照等条件下，光电转换效率IPCE超过90%[6]。
1.1文献综述
1.1.1纳米二氧化钛的制备
由于TiO2纳米结构性能优异，具有广阔的应用前景，因此它的制备一直是纳米材料制备科学中的一个重点。TiO2纳米结构的制备方法多种多样，始发原料可以是TiCl4、Ti(OR)4、TiO(OH)2或TiOSO4、Ti(SO4)2以及金属Ti和普通粒级的TiO2等。按照反应物状态其大体可分为两大类，分别为液相法和气相法两大类，它们各有所长。下面对这些方法做一简要介绍。
（1）液相法
液相法是指在液态体系中形成前驱体，再经热处理得到纳米材料或直接得到纳米材料的方法。常用的方法有：
①水热法[7]
水热法合成纳米材料的技术始于1982年。近年来，随着微波技术和电极埋弧等新技术的引入，水热法成为最有前景的TiO2纳米棒合成技术之一。其基本操作如下：在密闭高压釜加热到所需温度后，恒温一定的时间，卸压后经洗涤、干燥，即得到TiO2纳米棒。
水热法制备的纳米TiO2具有晶粒发育完整、原始粒径小、分布均匀、颗粒团聚少、不需要煅烧等特点。该方法合成TiO2纳米棒的不足之处在于制备过程要经历高温、高压，因而对设备材料要求比较高，并且成本也较高。
②溶胶-凝胶法[8]
早在1845年，Ebelmen M在《ManuFacture de Ceramiques de sevres》一书中就描述过此法。该法是将钛醇盐水解得到均相溶胶后，通过进一步缩聚或通过加入溶剂、催化剂或螯合剂等形成无流动状水凝胶，再于一定条件下转化为均一凝胶，最后除去有机物、水及酸根后进行干燥、热处理（煅烧），最后得到超细TiO2产物。该法成败的关键是控制钛醇盐的水解过程。由于水解反应是放热过程，反应体系应置于冷却水浴中；为了抑制反应过速，水解通常在酸性介质（盐酸浓度介于0.21 mol/L~0.71 mol/L之间）并存在乙醇的条件下进行。该工艺原料要求纯度高，整个过程中不可引入杂质离子，工艺条件严格，实际操作有一定困难。
该法有以下几个特点：产品颗粒细、纯度高、化学均匀性好，反应温度低、工艺设备简单，但原料昂贵，凝胶颗粒间烧结性差，干燥时收缩大，易造成颗粒的团聚。
下一篇：酸性电解液中锌镍合金电沉积研究