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TiO2/C的发展和研究现状1 TiO2/C的发展半导体光催化技术是近些年发展起来污水处理技术中的被认为是最有前途的应用技术之一。在去除污水中难降解的污染物方面，半导体光催化表现出了能源节约、价廉、催化剂容易去等优点。由于TiO2是化学性质稳定、廉价并且毒性小的一种氧化剂，TiO2在所以水和空气的净化方面具有优越的性能[9-11]。但是，TiO2在使用过程中存在一定的局限性是由于TiO2的禁带宽度比较大（3.0-3.2eV），太阳光中中紫外光的利用率不到5%。所以，为了能够有效地改善TiO2在使用过程中的局限性，也就是更好地利用可见光资源，对TiO2的改性做了大量研究，比如贵金属担载、金属掺杂、非金属掺杂等等，现在常用的有掺炭、惨硅、掺磷等手段[11-15]。 由于在诸多材料中，炭质材料能够使TiO2在太阳光照射下具有更高的催化活性，更好地提高TiO2光催化性能，提高TiO2催化剂的利用率，因此人们更加关注TiO2 /C发展和研究。35571
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TiO2由于其优异的光催化性能而广泛地被人们用作光催化剂，并且TiO2还具备着其他光催化剂所不具备的化学稳定性、毒性小、价廉、环保等优点。纳米TiO2不仅用于气相以及水溶液中有机污染物的降解、除臭、自洁净以及杀菌灭菌，还由于具有优良的光学和电子性质而用于光-电转换，在各个方面广泛地被用于日常生活中。
2 TiO2/C气凝胶的制备方法
通常，炭与二氧化钛的复合主要有以下几个方面: (1) 碳质材料负载TiO2; (2) 炭包覆TiO2颗粒; (3)碳分散在TiO2体相中; (4) 碳元素掺杂改性TiO2。
TiO2 /C气凝胶复合材料的制备方法主要有溶胶-凝胶法、二次煅烧法、水热合成法、热氧化法等。
1、溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶法是以间苯二酚(R) 和糠醛(F) 为碳源，以四氯化钛/钛酸四丁酯为钛源，以无水乙醇为溶剂，环氧丙烷为网络诱导剂，乙酰乙酸乙酯为络合剂，采用一步溶胶-凝胶法简单快捷的合成了TiO2-RF 复合气凝胶，高温炭化后得到TiO2 /C复合材料。溶胶-凝胶过程如图1-2所示。
图1-2 溶胶-凝胶过程
再将溶胶置于70 ℃恒温水浴锅中老化5d 得到复合湿凝胶，经环氧丙烷溶剂置换7d。 老化过程如图1-3所示。
老化过程中凝胶结构的变化示意图
将得到的复合湿凝胶放入超临界干燥反应釜中，对样品进行超临界干燥1h。将样品用竖式炭炉炭化( 高纯N2保护，800℃炭化3h) ，得到二氧化钛-炭复合材料[16]。
2、水热合成法
水热合成法是在特制的密闭反应器（高压反应釜）里，利用高温高压下，化合物表现出溶解度增大、晶体结构易转型、离子活度增加等特殊性质，以水溶液作为反应介质，通过对溶液加热，溶液温度可以超过水的沸点，达到饱和蒸汽压，创造一个高温、高压的反应环境，使通常难溶或不溶的物质溶解并重结晶，从而制得相应的纳米粉体。
3、热氧化法
热氧化法是一种最简单的方法，直接在炉子上煅烧氧化含Ti金属。Khan等人在天然气中850℃条件下煅烧金属Ti制备C掺杂TiO2，第一次提出碳掺杂的TiO2具有很高的光电化学性能，通过光解水制备H2和O2，发现其光电转换效率可以达到8.35%，并且在可见光下具有稳定的光催化性能。Irie等通过加热氧化TiC粉末的方法制备了C掺杂的锐钛矿相TiO2粉末，TiC粉末也在可见光下表现出光催化活性。
4、其他制备方法
除了上述几种制备方法外，也可以用化学气相沉积法（CVD）、磁控溅射法、微乳溶液法、等离子体火焰法和均相沉淀法等方法制备 TiO2/C 。