TiO2 的制备变得简单。TiO2 膜可在衬底上沉积粘性的钛基前体溶胶,通过膜涂布技术成型, 所用的衬底可以是玻璃板、不锈钢板或者光纤等。在 Kim 及其同事[9]的合成过程中,所使用 的溶剂是丙烯乙二醇单甲基醚(PGME)。首先在 40 g 溶剂中加入 2 g 丙醇钛和一定量的羟基丙 基纤维素,将混合物搅拌 30 min,再加入 6 g 去离子水和 0。4 g HNO3,搅拌 90 min。然后加
入碳,所得的混合物通过浸涂固定在光纤上。涂覆光纤在室温下干燥 12 h,然后在 400 ℃下 烧结 60 min。所制备的掺碳的 TiO2 薄膜的厚度大约为 1~4 μm。使用溶胶˗凝胶法所获得的 TiO2 薄膜中粒子尺寸约为 27 nm[10]。
(2) 水热法
水热法即指在一个含水溶剂存在的封闭的系统中,在高于室温和大于 1 个大气压的条件 下发生任何多相化学反应。该水热合成涵盖晶体生长、晶型转化以及相平衡的过程,并最终 生成超细晶体。水热合成一般在具有或不具有特氟隆内衬的钢制高压釜下进行,在控制的温 度(T <200 ℃)和压力(P <10 MPa)在水溶液中反应。温度可上升至水的沸点以上,由饱和蒸汽 压调节[11]。水热法获得的 TiO2 薄膜具有均匀性良好且纯度高、晶体对称以及粒度分布窄的优 点。
典型的合成方法是,将 TiO2 的纳米颗粒或钛的醇盐与 10~15 mol/ L 的 NaOH 溶液充分混 合,然后将混合物装在特氟隆内衬的高压釜内,在 110~180 ℃下处理 16~72 h。水热处理后,将 获得的沉淀物用离子交换水进行洗涤,然后分散在盐酸溶液中,再将沉淀煅烧,以获得良好 形貌的纳米 TiO2。所得 TiO2 形貌的好坏依赖于工艺参数,如原料的结构、碱性溶液、反应温 度和时间、以及酸洗等,这些因素都表明水热合成是可控的。
(3) 反相微乳液法 微乳液胶束通常是由热力学稳定的各向同性液体(如油,水等)组成的混合物,并且常与
助表面活性剂(往往是中等长度链的脂肪醇)组合使用。水相中可含有盐或其他成分,而油相 可能是不同的烷烃或烯烃的混合物。表面活性剂通常是两性的,即它们同时包含疏水基团(尾) 和亲水基团(头)。表面活性剂可以降低水相和油相的表面张力,使体系稳定存在。 论文网
在反相微乳液(水分散在油中,W/O 型)中,反向胶束作为“微型反应器”,表面活性剂亲 水的头部在内部而疏水的尾巴在外侧。在 TiO2 的合成上,通常用反相微乳液法来取代微乳液 法。研究发现,胶束粒度、溶剂和表面活性剂类型、试剂的浓度等会影响 TiO2 的平均尺寸。 在反胶束内,钛前驱体在由表面活性剂形成的微球中进行水解,在低水与表面活性剂的摩尔 比下可均匀生成 TiO2 纳米颗粒。使用该法不仅可以使产品具有高的分散性和均匀的纳米尺寸, 还可以通过选择不同的表面活性剂实现特定纳米级表面的改性。反相微乳液法在高分子和无
机纳米功能材料的合成中起着不可小觑的作用。
通常用反相微乳方法代替微乳液法合成 TiO2。二氧化钛的平均尺寸与胶束的大小、溶剂 的性质、表面活性剂的类型和反应物的浓度有关。在反胶束中,钛前体利用可控的水量在由 表面活性剂形成的微球里进行水解。
(4) 化学气相沉积法
化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition , CVD)是一项被广泛应用材料加工领域的有 效方法,通过气态物质的化学反应将薄的固态薄膜沉积到衬底上。使用这项技术可以精细的 表面上沉积薄膜,这个优点是物理气相沉积法所不具备的。一般情况下,CVD 法可以在热壁 或冷壁反应器中进行,保持一个大气压以上的压力,有无载气均可进行,温度范围一般为 200~1600 ℃。