当前位置:首页 >> 能源/化工 >>

二氧化钛纳米管的制备及其在环境中的应用研究进展


科技信息.  

高校 理科 研 究 

葑化 二  钛纳 米 管 昀 制备 及其 在 环 填 巾帕 应 用硼 穷进 展 
江苏 省资源环境 信 息工程 重点 实验 室( 中国矿 业 大学 ) 和   莹  张雁 秋 
[ 摘 要 ] 文对 TO  本 i 纳米管的制备方法, 形成机理 以及 改性做 了综合评述 , 在此

基础上探讨 了 T O! i 纳米 管制备 方面存在 的问题 ,   叙 述 了其 在 环 境 中的 应 用 , 对今 后 的发 展 方 向 予 以展 望 , 并   [ 关键词 ] 二氧化钛  纳米管  制备 机理  改性  应 用  
纳 米 TO 是 一 种 重要 的尢 机 功 能 材 料 , 于具 有 粒 径 小 、 表 面 积  i! 由 比 大 、吸收紫外线能力强 、光催化性 能好等优点而受到广泛 的关 注和研  究 17 9 2年1 日本学者 F jhm   先报道 了存光电池『l 到照射的 TO  ui ia s } 受 i! 半导体 电极 上 可以持续发生水解氧化还原反应f 自 以后的几 卜 i! l 此 】 , 年TO  半导体光催化氧化技术得到迅速发展 , 特别是紫外或者可 见条件下光  催 化降解难降解有机污染物领域引起 J国内外研究者极大的天注  与    。 TO 纳米颗粒 相比 ,i: i  TO 纳米 管具 有更大 的比表面积 _更 强的吸附能  羽 I 力, 光催化性能和效率更高 , 已广泛应用到有饥物 的降解 、 阳能 电池 、 太   H 传感器等方 面 制备和开发 TO 纳米管 已成为困内外的 ? : i  个研究热  点 。 文对 有 关  )纳 米 管 制 备 技 术 、 本   特点 、 成 机 理 等 进行 r 述 , 形 综 探  讨了 TO 纳米管的改性方法及存在问题 ,j对今后的发展方 向  以展  i! }
望。  

1TO2 .i 纳米管的制备  目前国内外已经报道的常规的制备 TO 纳米管的方法主要有模板  i  法、 水热合成法 、 阳极氧化法 、 冷冻干燥法 等。   】1 板 法  .模 模板法分为硬模板法和软模板法 ,它是把纳米结构的基元组装到  模板空洞中, 通过 电化学沉积法 、 溶胶凝胶法等方法 , 通过反应 作用, 在  模板外生长 TO 纳米管, i! 用后 的模板 可以根据模 板的性质采用煅烧 、 酸  或碱溶解 等方法 去除。 J孔洞阵列氧化铝模板( A )[ 有 孚 P A  ̄含有空洞无序  1 分伽 的 高 分 子模 板是 常 用 的 两 种 主要 模 板 。 中 多孔 氧 化销 ( AA是 目 其 P )   前最 常 用 的模 板  作 为 模 板 的其 它 材 料 还 有 表 面 活 性 剂 、纳 米 空 洞 玻  璃 、 孔 沸 石 以及 金 属 等 。 介   Bid   r aBL等利用溶胶 凝胶法成功在 多  氧化铝(A ) n L P A膜模板 基底  上制 备 了半导 体  0 纳 米管 阵列 ,所得 纳米 管 管壁 较厚 ,管 径 为    2 0 m, 0 n 管长 5 l  显示 出 了良好的彤貌。 cal si 0x , n Mi iw k A等 以多孔阳极  h o   氧化铝 (A )为模板成功地制备 了管径为 5 PO 0~7 n 0 m,壁厚为 3 m的  n TO 纳米管 + i  所得纳米管形貌规则稳定 , 性能要好于同等情 况下溶 胶凝  胶法制备得到的纳水管  1 . 2水热法  水热法 , 又称为化学法 , 传统 的水热法是将 TO 纳米粒子在高温下  i  与碱溶液混合进行反应 , 然后经过离子交换工艺后进行煅 烧 , 制成 TO i  纳 米管 .近 年 来 , 传 统方 法 的 基础 上义研 发 l 了两 种 新 的方 法 : 声  .   { J 超 碱溶法 和微波水热法 超声碱溶法是将 TO 纳米颗粒加入 到碱性溶液  i  巾, 肯接放人超声仪中进行超声振荡 , 然后得到 TO 纳米管 。微波水热  i  法是将 TO 粉 末加到碱溶液后 , 微波加热制得纳米管 。 i  经   K sg 将溶 胶 凝胶 法 值 得 的 TO 纳 米 粉体 放 人 到 5 1t l aua等 i  ~0 o  o/ L a H水溶液中, NO 加热温度至 10C, 1  ̄ 时间持续 2 h 最终得 到针状 TO 0, i  纳米管 , 管长长约 10 m、 0 r 管径 约 8 m, i n 形貌 良好。 nc u Yigh n等利用超声  碱溶 法制备 TO 纳米管 ,将 TO 颗粒 放入一定浓 度的 N O i  i: a H水溶 液  中 ,进 行 超 声 振 荡 ,再 经 水 洗 和 稀 硝 酸 处 理 ,最 后 合 成 了 长 度 可 达  2 0 3 0 m 的 r( 纳 米 , 种 纳 米 管 管 径 5m,壁 厚 约 1 n 完 全 符  0~0n r) i  这 i r . m, 3 合应用条件 :D t    mi VB等借助 高分辨率的透射电镜和低温氮 吸收系  I T 统, 研究了在碱性水热合成法中 , 制备条件对 TO 纳米管形态 的影 响。 i    通 过 研究 发现 发现 ,纳 米 管 的 平 均 管 径 随 水 热 处 理 温 度 的 升 高 而有 所  增加;增大 TO 与 N O i  a H的摩尔比虽然 同样也 能使纳米管的平均管 径  有所增加 , 但会导致纳米管比表面积的下降 , 从而影响纳米管 的性能 
1 阳极 氧 化 法  3

目前国内外已有不少 T0 纳米管掺杂过渡金属和非金属、半导体  i  复合以及负载贵金属等掺杂改性 的报道 。金属 掺杂包括贵金属沉积 和  金属离子掺杂。贵金属沉积 T : 以通过改变体系的电子分 布,形 成 i 可 O   s ht y 垒 ,  ot 能 k 抑制光生 电子 和空穴的复合 , 而提 高纳米管的光催化  从 活 性 。金 属 离 子 掺 杂 是利 用 物 理 或 化 学 的 方 法 , 金 属 离 子引 入 到 TO 将 i  品格结构 内部 , 改变品格的结构类 型 , 引入新的 电荷 , 光生电子和空  使 穴的运动状况发生改变 , 能带结构产 生变化 , 从而使 TO 的光催化活性  i  发生改变 . 达到提高光催化活性的 日的。 非金属元素掺杂可以有效地减  小 TO 的带隙 , i  拓展光谱 响应范 围。 半导体复合主要是通过纳米粒子间  的相互耦 合作用形成半导体复合体。利朋两种 半导体的的导带 、 价带 、   禁带宽度不一致 的特点 ,使光生载流子在复合后在能隙不同 的两种半  导体之 间发生传输与分离 , 使光生 电子 一空穴对的复合率降低。 复合半  导体一般采用浸渍法或混 合溶胶制备 ,得到的多为 TO 二元或多元复  i  合半导体 一   22制 备 方 法 改性   . 改性 的水热 法主要有水热 浸渍 法 、 掺杂粉体水热法 、 直接水热法 、   水热微波法 、 两步水热 法: 模板法的改进主要是通过合成尺寸和结构适  f的模板实现:阳极氧化法的改性可以是 TO 纳米管制备 与掺杂 同步  j = i  逊 行 , 可 以 是 ;制 备 TO 纳 米 管 , 后 冉 进 行 掺 杂 改 性 。 主要 有 电化   也 l 己 i  然 学 阳极氧化 一浸渍法 、 直接 电化学 阳极氰化法 、 电化学 阳极氧化 一电沉  积 法 、电 化 学 阳 极 氧化 一等离 子 体 电解 法 和 电 化学 阳极 氧 化 一离 子 注  入法 。另 外 , Wu等  惰 性 气体 中 采用 化 学 气 相 沉 积 法 制 备掺 碳 TO 微  i! / 纳米球和纳米管探 讨温度 、 基和载 气流速 等的影响。其 中纳米管 管  底 径约为 10 m, 0 n 蹙厚约为 1 n 带隙能 27 e 并探讨 了TO 纳米管形  5m, .2V, i 
成的可能机理。   3在 环 境 中的 应 用  . 31作 为催 化 剂 载 体  .

Hp e用溶胶凝胶模板法制备了负载 P 的 TO 纳 米管 ,制得均 匀  ip l i  负载 P 的 TO 纳米管。H a g t i: u n 等用天然纸张 、 花等天然纤 维物质作  棉 为模板 , 成功合成了较高的 比表面积 和较强 的吸附能的负载 A u的纳米  管, 其中 Au负载量高达 4 %的, O 这种纳米管性能 良好, 可作 为优 良的催  化剂载体  32 为光 催 化 剂  .作 TO 纳 米材料可 以光催化处理难降解 的有机污染物 . i  .在使用 TO  i! 纳米结构光催化降解有机物 时, 现在常用的为 TO 纳米粉体或纳米膜 。 i:   目前纳米 TO 光催化研究方向主要集中存两 个方面 :一个是实现可见  i  光 响直 , 另一个是提高光量子效牢 : 纳米管的管状结构使光生电子空穴  逃逸 到纳米管表面参与氧化还原反应只需要皮秒的时问 ,降低了电子  与空穴的复合几  , 从而能够提高光量子效率:J C Xu等通过将 乙酰  .. _ 内酮锌盐与 TO: i 纳米管按照 Z /i nT 原子 比为 01 .2的比例进行配体交换  制备得到 j z  掺 杂 TO 纳米管 , ,n i  与纳米 管较 大的比表面积协 同作用  显示 出很 好 的 光催 化 效 果 。   3 3作为气敏传感器材料  纳米管还可片j 于传感器材料的制备 , 于检测 H 、O、! 一比较  用 :C O 等 常用的是作为汽车尾气传感器 ,通过检测 汽车尾气 中的氧气 含量来控  制和减少尾 气巾的二 氧化碳 和氮 氧化物 的污染 ?V , s a 曲eo等用 TO 纳  i  米管制备 的传感器来检测  含量 , 发现此种传感器对 H 敏感度很高 ,     检测范围从 l0 g ~ %。Mo 等利用阳极化技术 成功 制备了负载  0  , 4 g r

阳极 氧化法是指将经过预处理的钛片放人含有氟化物 电解液 中作 
为阳极 , 以镍等作为阴极 , 通过阳极氧化将阳极 腐蚀制得二 氧化钛 管状  结 构 。TO 纳 米 管 的 形 貌 和 性 质 取 决 于 电 解 液 的组 成 配 比 、电解 液 的  i  p 外加电压 、 H、 温度 、 应 时 间 等  反 V rhs ag ee等采用 阳极氧化法制备 TO 纳米管 , i  通过实验得 出: 当外  加 电压 为 2 \时 制 得 的 纳 米管 内径 为 7 n 管 壁 厚 为 2 n 而 当 负 载  0’ 6 m, 7m, 电压 减小为 lv时制 得的纳米管 内径减小为 4 n 管壁厚也 下降到  2 6 m, 1n 7 m。Z a ho等在 HF电解液中 , 加入 乙二醇和少量 的水 , 通过合适的外  加 电压 , 得到了形貌规 则排列整齐的 TO 纳米管 , i  制得的纳米管的形貌  随 外 加 电 压 、 液 配 比浓 度 和 反应 时 间的 改 变 而 改 变 。 . Ma6 电解 JM. c k等  采用阳极 氧化法制备 TO 纳水管 ,电解液采用 的是含有少量氟化物的  i  中性硫酸盐溶液 ,取代 了传统 的 H 溶液 ,制备 出了微米级 TO 纳米  F i, 管。   2二 氧 化 钛 纳 米 管 的 改性  . 21 杂 改 性  .掺

的阵列 TO 纳米管 , i  将该纳米管作 为氧气传感器 , 延长 _传感器 的使用  r
寿命。   4展 望  .

目前国内外对 TO 纳米管的研究越来越多 .但是大多停 留在实验  i  室阶段 , 对于 TO 纳米管 的研究 , i  主要集 中在 TO 纳米管的形 成机理  i  以及通过各种掺杂改性提高纳米管的性能上。今后应该在以下儿个方  面加大研究力度 : ) ( 采用新 的表征手段深人研究 TO 纳米管 的生长 机  1 i  理 ; ) 展 TO 纳 米 管 的掺 杂 空间 ; ) 索更 好 的合 成 方 法 ;4广泛 开  (拓 2 i: (探 3 () 展应用领域的研究 , 争取早 日 实现T业化生产应用。  
参 考 文 献  l  ui i , ; na K. tr, 92 2 83   j jhmaA.Ho d, Na e 17 , 3 :7 1F s u [ ]is ie   , uG Q, ts    h tctyio  i   rc  2 Lne g r L L     Ya  T P oo a ls nTO2uf e blA eJ a s s a
p ic l , c ai  n   l t   sl . e Re . 1 9 , 53:3   r i e me h ns a ds e e r utCh m. v,  5 9 ( 7 5 n ps ms ec d e s 9 )

万方数据

二氧化钛纳米管的制备及其在环境中的应用研究进展
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 和莹, 张雁秋 江苏省资源环境信息工程重点实验室(中国矿业大学) 科技信息 Science 2011(2)

本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_kjxx-xsb201102091.aspx


相关文章:
TiO2纳米管的制备及应用研究进展 毕业论文
TiO2纳米管的制备及应用研究进展 毕业论文_能源/化工...毒、除臭等环境净化中,一直以来都是各领域研究的...金红石 板钛矿 图 1-1 二氧化钛的三种晶体结构 ...
二氧化钛纳米管的制备及应用综述
二氧化钛纳米管的制备及应用综述_能源/化工_工程科技...近来, Kukovecz 等人[17]研究了碱热法中纳米管的...但需要较高的工作环境;基于这种考虑, Varghese等人又...
二氧化钛纳米管的制备与应用
二氧化钛纳米管的制备应用_教学反思/汇报_教学研究_教育专区。重点关注二氧化钛...环境修复材料以及环境替代材料等材料中就某一种具体的环境 工程材料的研究进展...
二氧化钛纳米管的制备及应用综述
二氧化钛纳米管的合成方法综述王愿习 摘 2011121288 要:TiO2纳米管具有较大的...因此, 自20世纪90年代以来,有关TiO2纳米管的制备及应用研究引起了科研工作者的...
综述板式二氧化钛纳米管制备及其应用
综述板式二氧化钛纳米管制备及其应用_环境科学/食品科学_工程科技_专业资料。文献...干燥后把样品放入马弗炉中4500C 煅烧2 h.分别研究了不同氧化时间,不同氧化...
二氧化钛纳米管及其制备
设定一定的时间和电压从而制备二 氧化钛纳米管阵列,研究表明实验过程中电压、电流、时间、阳极氧化电解液配比等,这些 因素都会对纳米管的形成产生影响,对不同的...
浅谈二氧化钛纳米管的制备与光催化活性
的制备与光催化活性 作者:李成辉 来源:《科学与财富》2015 年第 04 期 摘要:通过阳极氧化手段,室温环境下在带有氟化铵以及水的电解液中制备了二氧化钛 纳米管...
二氧化钛纳米管的制备实例
二​氧​化​钛​纳​米​管​的​制​备​实​例...最后在马弗炉中, 以 500 ℃恒温保持 2h, 冷却至 室温, 即得 TiO2 纳米管...
TiO2纳米管的制备及其亲水性研究 (2)
TiO2 纳米管的制备及其亲水性研究 摘要: 通过阳极...TiO2纳米管阵列及其应用, 上海交通大学环境科学 与...许并社二氧化钛纳米管的合成及其表征 原理工大学,山西...
纳米二氧化钛在废水处理应用中的研究进展
然而环境污染对自然和人 类的健康有序发展却造成了...的制备及其在工业废水降解中的应用研究进展[J]. ...二氧化钛纳米管的制备及... 2页 免费 纳米二氧化钛...
更多相关标签:
二氧化钛纳米管的制备 | 二氧化钛纳米管 | 二氧化钛纳米管阵列 | 二氧化钛纳米管图片 | 二氧化钛纳米管的应用 | 二氧化钛纳米管 购买 | 纳米二氧化钛的制备 | 水热法制备二氧化钛 |