TiO2 相关领域研究进展二氧化钛化学性质相当稳定，无毒，与氧、硫化氢等都不起反应，也不溶于 水、有机酸、脂肪酸、弱无机酸，但是微溶于热硝酸和碱，在长时间煮沸条件下 完全溶于浓硫酸和氢氟酸。金红石矿、锐钛矿和板钛矿是 TiO2 的三种常见的结 晶形态[5]。金红石矿的禁带宽比锐钛矿的略大，但是就催化活性这一方面来说， 锐钛矿的光催化活性要比金红石矿的好，原因在于相比于锐钛矿型 TiO2，金红 石型 TiO2 的光生电子一空穴对的复合率高，用于氧化污染物的光量子效率很低。 而板钛矿型 TiO2 的光催化活性较差，在实际中没有得到应用。因此，在研究时 制备 TiO2 的方法时要避免板钛矿的生成，否则所制备的 TiO2 光催化剂的活性将 会受到很大的影响。81712

锐钛矿的表面吸附能力很强，这一点也会给其具备较强的光催化活性提供充 分的条件。锐钛矿在结晶的过程中，形成的晶体体积很小，比表面积很大，有利 于光催化降解污染物反应的进行。综上所述，锐钛矿的光量子效率高，吸附能力 强，比表面积大这三点是影响锐钛矿活性的主要因素。

图 1-1： a:金红石结构；b：锐钛矿结构；c:板钛矿结构 Fig。1-1： a：rutile；b：anatase；c：brookite

（2）TiO2 光催化原理

TiO2 光催化原理就是当入射光的能量大于或者等于光电子的能量时，价带上 的电子受到激发后传递到导带上。以 TiO2 的锐钛矿为例，它的禁带宽度为 3。2

eV[6]，对应的波长是 386。5 nm，当其表面收到小于或者等于 386。5 nm 波长的光 子激发时，电子获得能量后会跃迁至其导带上，对应的价带上相应的位置会产生 空穴，受激发后的电子在迁移过程中与价带空穴进行互换的时候相撞，两者会直 接复合，降低了光生电子和空穴的分离率，从而影响 TiO2 的量子化效率。

图 1-2：TiO2 光催化反应过程

Fig。1-2：TiO2 photocatalyzed reaction

光生空穴会与 TiO2 光催化剂表面的 OH–和 H2O 发生氧化反应，生成具有强 氧化性的•OH（见式 1。3），•OH 再与污染物反应，使污染物矿化或被降解生成 CO2、H2O 以及其他一些无机物[7]。另外，被激发的光生电子会与 TiO2 催化剂表 面吸附的物质发生还原反应[8]，例如一些被激发的电子在迁移的过程中，会与催 化剂表面的分子氧发生发生氧化反应生成超氧自由基 O2  （式 1。4），也具有较强的氧化性。O2  还可以与 H 再发生反应，生成过氧自由基·OOH 和混合过氧化氢（见式 1。7）[9]。这些具有强氧化性的离子也会参与降解污染物的过程。因此， 要提高 TiO2 光催化反应的效率，除了提高可见光的利用率之外，还有一个重要 的就是降低光生电子与空穴的复合几率。：反应方程式 Fig。1-3：Reaction equation论文网

2TiO2 纳米管阵列的制备方法

（1）模板法

硬模板法[10]和软模板法[11]是常用的 2 种模板法。硬模板法的模板一般是碳 纳米管有机溶胶或者是柱状单晶阳极氧化铝，而有机表面活性剂主要用于软模板 法的模板剂和导向剂，此时合成的 TiO2 纳米管是双层的。但是模板法在实际应 用中存在较多局限性，例如：操作工艺繁琐，管径较大，在高温下容易坍塌，所 以，现在更倾向于化学法合成 TiO2 纳米管。

早在上世纪末，Hoyer[12]等首次通过实验得到结构完整的 TiO2 纳米管阵列， 该实验是以氧化铝为模板进行的，通过对模板上氧化铝孔径形态和尺寸的调节， 可以有效控制纳米管的管口形貌。此后，ZnO[13]纳米线和碳纳米管[14]也被用作模 板参与 TiO2 纳米管阵列的制备过程。