TiO2纳米管阵列薄膜制备及生长机理的研究
第２６卷第２期 ２０１０年２月 无 机 化 学 学 报 ＣＨＩＮＥＳＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＩＮＯＲＧＡＮＩＣ ＣＨＥＭＩＳＴＲＹ Ｖ０１．２６ Ｎｏ．２ ２１７—２２２
ＴｉＯ２纳米管阵列薄膜制备及生长机理的研究
李洪义１ 王金淑 ，－ 陈 欣１ 周关玲１ 孙果宋 ，２黄科林 ，２郭秋宁２
（ 北京３－业大学材料科学与工程学院，新型功能材料教育部重点实验室，北京 １００１２４）
（ 广西化工研究院，南宁５３０００１）
摘要：本论文采用阳极氧化的方法，在ＮＨ４ＨＦ ＋ＮＨ Ｈ２ＰＯ 的混合水溶液中于室温下以金属钛为基体原位合成氧化钛纳米管阵 列薄膜。讨论了电解液成分、外加电压、溶液的ｐＨ值对氧化钛纳米管阵列薄膜微观结构及形貌的影响，并建立了阳极氧化钛纳 米管阵列薄膜的生长模型。氧化钛纳米管的结构与外加电压有很大的关系，只有电压在５—３５ Ｖ范围内才能制备出二氧化钛纳 米管阵列薄膜，其管径随着电压的升高而增加，且管径范围为３０—１６０ ｎｍ。而薄膜的厚度与电解液有关，通过控制电解液的成分 及ｐＨ值，可获得厚度为６．５ ｔｘｍ的氧化钛纳米管阵列薄膜。
关键词：二氧化钛纳米管；阳极氧化；生长机理 中图分类号：０６１４．４１ １ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—４８６１（２０１０）０２—０２１７—０６
Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＴｉＯ２ Ｎａｎｏｔｕｂｅ Ａｒｒａｙ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍｓ ａｎｄ Ｔｈｅｉｒ Ｇｒｏｗｔｈ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ
ＬＩ Ｈｏｎｇ－Ｙｉ ＷＡＮＧ Ｊｉｎ—Ｓｈｕ ， ＣＨＥＮ Ｘｉｎ ＺＨＯＵ Ｍｅｉ—Ｌｉｎｇ ＳＵＮ Ｇｕｏ—Ｓｏｎｇ 。
ＨＵＡＮＧ Ｋｅ—Ｌｉｎ ＧＵＯ Ｑｉｕ—Ｎｉｎｇ （ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆＡ ｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１２４） （ Ｇｕａｎｇｘｉ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，Ｎａｎｎｉｎｇ ５３０００１）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ａｌｉｇｎｅｄ ＴｉＯ２ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｗｅｒｅ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｔｉ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｉｎ ＮＨ３ｔＦ２＋ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４ ａｑｕｅｏｕｓ
ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｖｉａ ａｎｏｄｉｃ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ａｔ ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｏｕｔｅｒ ｖｏｌｔａｇｅ，ａｎｄ ｐＨ
ｖａｌｕｅ ｏｎ ｔｈｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ＴｉＯ，ｎａｎｏｔｕｂｅ ａｒｒａｙ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ．Ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ＴｉＯ２ ｎａｎｏｔｕｂｅ ａｒｒａｙ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｗａｓ ｃｒｅａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｏｕｔｅｒ ｖｏｌｔａｇｅ ｈａｓ ｌｏｔｓ ｏｆ ｅｆｆｅｃｔ
ｏｎ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ＴｉＯ２ ｎａｎｏｔｕｂｅ ａｒｒａｙ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ，ｔｈｅ ＴｉＯ２ ｎａｎｏｔｕｂｅ ａｒｒａｙ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｆｏｒｍｅｄ ｏｎｌｙ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｏｕｔｅｒ ｖｏｌｔａｇｅ ｏｆ ３～３５ Ｖ．ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｏｆ ＴｉＯ，ｎａｎｏｔｕｂｅ ｉｎ ｔｈｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ３０～１ ６０ ｎｍ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｏｕｔｅｒ
ｖｏｌｔａｇｅ．Ｔｈｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｗａｓ ｇｒｅａｔｌｙ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｐＨ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ＴｉＯ２ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ６．５ ｔｘｍ ｂｙ ａｄｊｕｓｔｉｎｇ ｔｈｅ ａｎｏｄｉｚｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＴｉＯ２ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ；ａｎｏｄｉｃ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ；ｇｒｏｗｔｈ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ
０ 引 言
２０世纪７０年代Ｆｕｊｉｓｈｉｍａ和Ｈｏｎｄａ在Ｎａｔｕｒｅ 上发表关于ＴｉＯ 电极上光分解水的论文，标志着光 催化时代的开始ｌ１ｌ，纳米ＴｉＯ 材料已经成为光催化、
光电转换及太阳能制氢领域中人们最感兴趣、研究
最多的一种半导体材料［２－ １。 为了提高二氧化钛的光催化特性．其中提高材
收稿日期：２００９—０９—０８。收修改稿日期：２００９—１ １－１ １。 北京市教育委员会科技发展计￣ｌＪ（Ｎｏ．ＫＭ２００６１０００５０１０）；北京工业大学青年教师基金（Ｎｏ．９７００９０１１２００７０２）；北京市新世纪百千万人才工 程项目（Ｎｏ．ＱＬＯＯ９ＯＯ１２ＯＯ８Ｏ２）； 回科资助项目ｆＮｏ．０６３９００４）资助。 通讯联系人。Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｊｓｈ＠ｂｊｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ 第一作者：李洪义，男，３２岁，博士；研究方向：光催化材料。
２１８ 无机化学学报 第２６卷
料的比表面积是一有效途径，因此．粉末状的ＴｉＯ，ＴｉＯ，纳米管的形成机理仍无统一解释。本文通过控 纳米管得到了广泛的关注 ］，并研究了其形成机 制不同的工艺参数对ＴｉＯ，纳米管薄膜微观结构与
理＿９＿１０ｌ 但是一般粉末状的ＴｉＯ，纳米管经过碱处理， 形貌的影响．探讨了ＴｉＯ，纳米管的形成过程与机 引入了碱金属Ｎａ离子＿ｌ１Ｊ，影响了材料的光敏化性 理．具有一定的理论价值。
冀 ， ｉ 应用 篓 １实验方法 道通过阳极氧化铝模板成功制备了ＴｉＯ
，的微孔材 、 ～ “ 料［／６－１８］．但由于此类材料存在于氧化铝的过渡层上 １．１ Ｔｉ０２纳米管阵列的表征 故限制了其应用㈣ 将１０ ｍｍｘｌ０ ｍｍｘｌ ｍｍ钛片ｆＴＡ１１分别采用
由于铝、钛、钨、锆、铌等金属均可在表面生成一 ３００＃、５００＃和１０００＃砂纸进行机械预磨，再采用粒度
钝化膜．通过阳极氧化可制备多孔有序的薄膜材料 为１．０的金刚石抛光膏进行机械抛光．随后采用超声 因此很多学者试图采用阳极氧化法制备氧化钛多孔 波分别于丙酮、无水乙醇及去离子水中进行清洗和化 有序的薄膜材料 Ｇｒｉｍｅｓ首次报道了采用阳极氧化 学抛光ｆ抛光液为体积比为１：１的氢氟酸与浓硝酸的
法可制备孑Ｌ径约为１００ ｎｍ左右，厚度为几百个纳 混合液１，再用去离子水进行漂洗、烘干待用。阳极氧 米的薄膜材料［２０１ Ｇｒｉｍｅｓ［ｚ 】与Ｍａｃａｋｌｚ２，２３］等制备出了 化电源为ＳＫ１７６１ＳＬ３Ａ型号直流电源．石墨片为阴极
具有大长径比的薄膜材料，为ＴｉＯ 纳米管阵列的制 材料。本文分别对外加电压、电解质溶液的组成以及 备奠定了基础 此类材料解决了粉末状ＴｉＯ，纳米管 氧化时间等工艺条件对阳极氧化钛薄膜的影响加以
难于负载的问题，以自组织的方式可形成不同的微 研究 所采用的工艺参数如表１所示 阳极氧化过程 观结构．具有特殊的功能【１５】。虽然国内外同行已对 均在室温下进行，并强力搅拌，除了特殊说明，电解液
ＴｉＯ，纳米管的形成机制进行了研究吲，但至今关于 的ｐＨ值依赖于溶液本身，并未进行处理，一般为３。
表１阳极氧化参数 Ｔａｂｌｅ １ Ａｎｏｄｉｚｉｎｇ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
Ｖｏｌｔａｇｅ／Ｖ Ｔｉｍｅ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＮＨ４ＨＦ２／ｗｔ％ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＮＨ４ＨｇＰＯ４／（ｍｏｌ・Ｌ ） ５，１０，１５，２０，２５，３０，３５，４０，４５，５０，５５，６０ １，５，１０，１５，２０，３０ｍｉｎ，１，２，３，４，５，６，８，１２，２４、４８ ｈ ０、０．１，０．２，０．３，０．４，０．５，０．６，０．７，０．８，０．９，１．０，１．５，２．０ ０，０．２５，０．５，１．０，２．０
１．２ ＴｉＯ 纳米管阵列的表征 采用场发射扫描电镜（ＪＳＭ．６３０１Ｆ）、Ｘ射线衍射
仪（Ｄ／ｍａｘ—ｒＢ１及Ｘ射线光电子能谱（Ｋｒａｔｏｓ ＸＳＡＭ８００１ 对材料微观结构、物相和元素进行分析。
２分析与讨论
为了研究外加电压、电解液成分以及溶液的ｐＨ 值对阳极氧化钛纳米管阵列薄膜微观形貌的影响． 本论文采用不同的工艺参数制备了阳极氧化钛薄
膜 结果表明只有在氧化电压为５～３５ Ｖ范围内．才 能制备出具有管状结构的氧化钛薄膜．氧化钛纳米
管的管径随着氧化电压的升高而增加。如图１所示
图２为氧化钛纳米管阵列的长度随ＮＨ￣ＩＦ，浓度变 化的曲线．其中采用的氧化电压为２０ Ｖ．氧化时间
为１ ｈ 从图２中可以看出，随着ＮＨ ＨＦ 浓度的升 高．氧化钛纳米管阵列薄膜的厚度逐渐减小。为了提 高氧化钛纳米管阵列薄膜的厚度．本文采用外加 ＮＨ４Ｈ２ＰＯ 平衡液，图３为氧化钛纳米管阵列的长度
随ＮＨ４Ｈ２ＰＯ 浓度变化的曲线，其中ＮＨｍＨＦ：的浓度
为０．７％，氧化电压为２０ Ｖ，氧化时间为１ ｈ。从图３ 中可以看出．氧化钛纳米管阵列薄膜的厚度随着
图１ 纳米管外径随电压变化关系曲线 Ｆｉｇ．１ Ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｏｕｔ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｏｆ Ｔｉ０２ ｎａｎｏｔｕｂｅ ａｎｄ ａｎｏｄｉｚｉｎｇ ｖｏｌ
ｔａｇｅ 第２期 李洪义等：ＴｉＯ 纳米管阵列薄膜制备及生长机理的研究 ２２１
表２ ＸＰＳ定量分析结果 Ｔａｂｌｅ ２ Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｘＰＳ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ＴｉＯ２ ｎａｎｔｏｂｕｅ
ａｎｏｄｉｚｉｎｇ ｖｏｌｔａｇｅ：２０ Ｖ．ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ：Ｏ．５％ＮＨＡＩＦ２＋１ ｍｏｌ・Ｌ ＮＨ４Ｈ２Ｐ０４ ａｑｕｅｏｕｓ ｓｏｌｕｔｉｏｎ，ａｎｏｄｉｚｉｎｇ ｔｉｍｅ：２ ｈ （ａ）Ｔｉ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ；（ｂ）ｒｒｊ０２ ｎａｎｏｔｕｂｅ ａｎ＇ａｙ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ 图７ 阳极氧化钛纳米管阵列薄膜Ｘ射线衍射图 Ｆｉｇ．７ Ｘ—ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ａｎｏｄｉｃ ｔｉｔａｎｉａ ａｒｒａｙ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ
Ｔｉ元素的价态分析可以确认薄膜表面中的氧化钛 为ＴｉＯ，非晶态
３ 结 论
通过阳极氧化的方法可以在金属钛基体上原位 合成氧化钛纳米管阵列薄膜．氧化钛纳米管阵列薄
膜的管径与外加氧化电压有关．在５～３５ Ｖ范围内
可以制备出具有管状结构的阳极氧化钛薄膜．随着 氧化电压的升高，管径增加。氧化钛纳米管阵列薄膜
的生长速度与电解液成分及溶液的ｐＨ值有关．通 过控制工艺参数，可以制备出厚度为６．５ ｍ的氧化
钛纳米管阵列薄膜 薄膜的生长规律类似于金属结晶的过程．刻蚀
候试样表面出现“脊”与“谷”的结构起伏 纳米管晶 体的生长模式类似于金属的结晶过程。钛在表面上
形成的“脊”与“谷”结构使得基体表面的电场强度相 应的产生强弱起伏．为氧化钛的选择性生长提供了
碳纳米管薄膜的制备及其超疏水性研究
２０１２年１月 第３７卷第１期 润滑与密封 ＬＵＢＲＩＣＡＴＩＯＮ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｊａｎ．２０１２ Ｖｏ１．３７ Ｎｏ．１ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５４—０１５０．２０１２．０１．０ｌ１ 碳纳米管薄膜的制备及其超疏水性研究 李郾Ｉ （华东交通大学机电工程学院江西南昌３３００１３） 摘要：采用化学气相沉积法在平面硅基体上制备碳纳米管薄膜，并通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜和接触 角测量仪对样品进行形貌结构和浸润性质的表征。结果表明：碳纳米管的定向性主要由基体上催化剂粒子的分布控制， 并遵循顶部生长生长机制；２种碳纳米管薄膜都具有较大的接触角，获得的定向碳纳米管表面具有微纳米复合结构是产 生超疏水的主要原因。 关键词：碳纳米管；超疏水；接触角；生长机制 中图分类号：０６７４文献标识码：Ａ文章编号：０２５４—０１５０（２０１２）１—０４５—４ Ｔｈｅ Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ Ｆｉｌｍｓ ａｎｄ Ｉｔｓ Ｓｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃｉｔｙ Ｌｉ Ｇａｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｅａｓｔ Ｃｈｉｎａ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ Ｊｉａｎｇｘｉ ３３００１３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ（ＣＮＴｓ）ｆｉｌｍｓ ｗｅｒｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｏｎ ｐｌａｎａｒ ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ ｂｙ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍｅｔｈ－ ｏｄ．Ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（ＳＥＭ），ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（ＴＥＭ），ｃｏｎｔａｃｔ ａｎｇｌｅ ｇｏｎｉｏｍｅｔｅｒ ａｎｄ ｒｈｅｏｍｅｔｅｒ ｗｅｒｅ ｅｍｐｌｏｙｅｄ ｔｏ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅ ｔｈｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ｗｅｔｔａｂｉｌｉｔｉｅｓ ａｎｄ ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ａｓ－ｐｒｅｐａｒｅｄ ＣＮＴｓ．Ｉｔ ｒｅｖｅａｌｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｔａｌｙｓｔ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｓ ｔｈｅ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ＣＮＴｓ．Ｔｈｅ ＣＮＴｓ ｈａｖｅ ａ ｂａｍｂｏｏ ｓｈａｐｅｄ ｍｕｌ— ｔｉｗａｌｌｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｇｒｏｗ ｂｙ ａ ｔｉｐ ｇｒｏｗｔｈ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ．Ｗｈｅｔｈｅｒ ＣＮＴｓ ａｒｒａｎｇｅ ｒｅｇｕｌａｒｌｙ ｏｒ ｎｏｔ，ｔｈｅｙ ｗｉｌｌ ｔａｋｅ ｏｎ ｌａｒｇｅ ｃｏｎ— ｔａｃｔ ａｎｇｌｅｓ．Ｔｈｅ ｓｐｅｃｉａｌ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｉｔｈ ｍｉｃｒｏ－ｐａｐｉｌｌａｅ ａｎｄ ｎａｎｏｓｃａｌｅ ｌｏｔｕｓ—ｌｉｋｅ ｐａｐｉｌｌａｅ ｍａｙ ｂｅ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｒｅａｓｏｎ ｃｏｎ— ｔｒｉｂｕｔｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｓｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ ｓｕｒｆａｃｅｓ ｏｆ ａｌｉｇｎｅｄ ＣＮＴｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ；ｓｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃｉｔｙ；ｃｏｎｔａｃｔ ａｎｇｌｅ；ｇｒｏｗｔｈ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ 近几年来，超疏水表面在自清洁材料…、微流体 减阻 和生物医用材料 等领域的广泛应用价值吸 引了众多研究人员的关注。碳纳米管（ＣＮＴｓ）薄膜 由于其特殊的结构和微观尺度下潜在的应用价值，在 这些领域内也得到了越来越广泛的研究。Ｅｂｂｅｓｅｎ 等 对无序碳纳米管材料的浸润性进行了详细研究， 发现其很容易被水润湿。翟锦等人 用高温裂解酞菁 金属络合物方法制备了定向碳纳米管薄膜，经氟化以 后表现出超双疏的性质，这一发现为无氟超疏水表面 材料的研究提供了新的思路。Ｓｕｎ等 又报道了通过 化学气相沉积法（ＣＶＤ）在阵列硅模板表面沉积出 三维各向异性的定向碳纳米管，发现随着硅模板柱状 阵列间隙的减小，沉积出来的碳纳米管薄膜表现为先 亲水，再疏水，后又亲水的特性，这一成果开创了材 料表面润湿性能的可控研究。王志刚等 ｓ一在溶液中用 基金项目：国家自然科学基金项目（５１０６５００９）；江西省教育 厅青年科学基金项目（ＧＪＪ１１０９５）． 收稿日期：２０１１—０６—２１ 作者简介：李刚（１９７８一），男，博士，主要从事仿生多尺度微 纳机械非光滑表面制备及其应用等方面研究．Ｅ．ｍａｉｌ：ｌｉ— ｇａｎｇ０７９４＠１６３．ｃｏｒｎ． 一步法完成了碳纳米管的沉积和烷基化，虽然碳纳米 管成非定向分布，但由于烷基的作用，仍能表现为超 疏水的特性，其与水滴的接触角为１５５。。 为了更好地研究碳纳米管的各种物理和化学性 质，制备大面积定向碳纳米管薄膜是非常必要的。本 文作者通过化学气相沉积法在平面硅基体上制备了非 定向和定向的碳纳米管薄膜，并测试了其润湿性能。 １实验方法 配置浓度为２５和５０ ｍｍｏｌ／Ｌ的硝酸铁乙醇溶液， 将该溶液均匀涂覆于平面硅基体后置于匀胶机（ＳＣ． １Ｂ）上进行离心分散，转速设置为３ ０００ ｒ／ｍｉｎ。然 后将基体置于石英舟上并推入三温区中温管式炉 （ＣＶＤ（Ｚ）一０６／６０／３）的反应室中进行预处理。图１ 是热ＣＶＤ法制备碳纳米管薄膜的实验装置。密闭反 应室后通入１００ ｓｃｃｍ的氮气１５ ｍｉｎ置换空气，然后 在氮气的保护下以１Ｏ℃／ｍｉｎ的速率升温，在加热过 程中硝酸铁发生分解： ４Ｆｅ（ＮＯ３）３ Ｆｅ２Ｏ３＋１２ＮＯ２＋３Ｏ２ 当温度达到６００ ｏＣ后，改通氢气还原金属氧化物 ３０ ｍｉｎ，此时Ｆｅ：Ｏ，团簇将被还原为Ｆｅ颗粒。然后停 止通氢气，在氮气的保护下温度降到室温。碳纳米管
纳米材料 论文资料
1 TiO2纳米制备及其改性和应用研究进展
于琳枫（12化学1班）
摘 要： 二氧化钛纳米管由于新奇的物理化学性质引起了广泛的关注，本文就近年来在制备方法﹑反应机理﹑二级结构及掺杂和应用方面予以综述，并讨论了今后可能的研究发展方向。
关键词: 二氧化钛, 纳米管, 制备, 反应机理, 二级结构
0 引言
TiO2俗称钛白粉，无毒、无味、无刺激性、热稳定性好，且原料来源广泛易得.它有三种晶型：板钛矿、锐钛矿和金红石型。TiO2最早用来做涂料。
自从1991年Iijima发现碳纳米管以来，已经用碳纳米管模板合成出各种不同的氧化物纳米管，如SiO2，V2O5，Al2O3，MoO3等，二氧化钛由于其化学惰性，良好的生物兼容性，较强的氧化能力，以及抗化学腐蚀和光腐蚀的能力，价格低廉，在能量转换﹑废水处理﹑环境净化﹑传感器﹑涂料﹑化妆品﹑催化剂﹑填充剂等诸多领域引起了人们极大的关注。研究结果表明：TiO2的晶粒大小，形状，相组成或表面修饰以及其它成分的掺杂对其性质﹑功能有显著的影响，纳米管的比表面积大，因而具有较高的吸附能力，有良好的选择性，可望具有新奇的光电磁性质，具有很好的应用前景。本文对二氧化钛纳米管的制备，形成机理的最新进展进行综述，并对今后的发展方向予以展望。
1 TiO2纳米材料的制备
1.1 气相法
TiO2纳米材料的气相合成主要是在化学技术和物理技术上发展起来的。由于反应温度高。气相法具有成核速度快、产品结晶度高、纯度高、生成粒子团聚少、粒径易控制等优点。气相法可以合成各种形貌的TiO2薄膜或粉体：纳米棒、纳米管、纳米带等。最常使用的气相法是高温溅射沉积法(SPD).Ahonen等用钛醇盐做前驱体。采用SPD法合成了TiO2纳米粉体和薄膜。其他的气相制备技术
2 包括：直流电溅射法、高频无线电溅射法、分子束取向生长法和等离子体法等。
1.2 液相法
目前制备TiO2纳米材料应用最广泛的方法是各种前驱体的液相合成法。这种方法的优点是：原料来源广泛、成本较低、设备简单、便于大规模生产。但是产品粒子的均匀性差，在干燥和煅烧过程中易发生团聚.应用最普遍的液相制备方法包括液相沉积法和微乳液法等。
氧化锌纳米棒及纳米管阵列薄膜的制备
中国陶瓷工业 ２０１１年４月第１８卷第２期 ＣＨ ＪＮＡ ＣＥＲＡＭ ＪＣ ＩＮＤＵＳＴ只Ｙ Ａｐｒ．２０１１ Ｖｏ１．１８．Ｎｏ．２
文章编号：１００６—２８７４（２０１ １）０２—００１３—０３
氧化锌纳米棒及纳米管阵列薄膜的制备
程磊 江常龙
（景德镇陶瓷学院科研处，江西景德镇３３３４０３）
摘要采用水溶液法在ＩＴＯ玻璃上电沉积了高度取向的ＺｎＯ纳米棒阵列，并通过碱液化学浸蚀法获得了ＺｎＯ纳米管。分别
探讨温度及沉积时间对ＺｎＯ纳米棒阵列薄膜沉积的影响，和温度及浸蚀时间对浸蚀ＺｎＯ纳米管阵列薄膜的影响，采用
ＳＥＭ测试方法分析了ＺｎＯ纳米管阵列薄膜的最终形态。 关键词ＺｎＯ；纳米棒；纳米管；水溶液法；浸蚀
中图分类号：ＴＱ１７４．７５ 文献标识码：Ａ
０前言
纳米科学技术在纳米尺度内通过对物质反应、传输和转
变的控制来创造新材料、开发器件及充分利用它们的特殊性
能，并且探索在纳米尺度内物质运动的新现象和新规律。它带
来了特殊而又令人着迷的性质和优于体相材料的用途，故引 起了人们极大的兴趣。近年来一维纳米材料之所以蓬勃发展，
主要是由于一维纳米材料具有以下特点：①高的比表面积；② 结构均一；③缺陷少。一维纳米材料良好的几何特性被认为是
定向电子传播的理想材料。这时由于作为电子传播材料电子
在纳米管中运动受到限制，表现出典型的量子限域效应。 在纳米材料中，氧化锌（ＺｎＯ）是一种独特的材料，具有半
导体、压电、光电、焦热电、透明导电、气敏、压敏等多重特性。
随着宽带隙半导体物理的发展和纳米科学技术带来的材料性
能的奇特变化，一维ＺｎＯ纳米材料的制备及其相关技术研究
已成为ＺｎＯ研究中一个新的方向。研究表明，ＺｎＯ纳米棒、 ＺｎＯ纳米管等较零维纳米材料显示出了较高的熔点和热稳定
性，低的电子诱生缺陷及良好的机电耦合性能等特点。一维
ＺｎＯ纳米材料在太阳能电池中如果用于做工作电极，有利于
电子的传输，减少了电子与界面的复合，提高了总效率。结构
CeO2 修饰的透明 TiO2 纳米管电极的电致变色器件
第27卷 第1期 无 机 材 料 学 报 Vol. 27 No. 1 2012年1月 Journal of Inorganic Materials Jan., 2012
收稿日期: 2011-04-15; 收到修改稿日期: 2011-06-07 基金项目: 科技部973项目(2009CB939904); 国家自然科学基金 (50703047); 上海市科委-AM基金 (09520714500) The Ministry of Sciences and Technology of China through 973-Project (2009CB939904); National Natural Science Foundation of China (50703047); Shanghai-Applied Materials Research & Development Foundation (09520714500) 作者简介: 文 豪(1984−), 女, 博士研究生. E-mail: wenhao@ 通讯作者: 李永祥, 研究员. E-mail: yxli@ 文章编号: 1000-324X(2012)01-0074-05 DOI: 10.3724/SP.J.1077.2012.00074
CeO2修饰的透明TiO2纳米管电极的电致变色器件
文 豪1, 2, 刘志甫1, 杨群保1, 李永祥1
(1. 中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海200050; 2. 中国科学院 研究生院, 北京100049)
摘 要: 采用电化学沉积法在阳极氧化制备的TiO2纳米管阵列管壁上沉积一层CeO2纳米颗粒, 再将CeO2修饰的透
明TiO2纳米管阵列薄膜对电极与聚三甲基噻吩变色电极组装成透过型电致变色器件. 实验结果表明: CeO2修饰的
TiO2纳米管阵列薄膜仍保持良好的光透过性, 其电荷存储能力比纯TiO2纳米管电极提高了30%. 经CeO2修饰的
二氧化锆纳米管阵列的表面处理及性能研究
河北工业大学硕士学位论文
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第一章 绪 论
1.1 引言
自从进入90 年代以来，纳米材料研究的内涵不断扩大，领域逐渐拓宽，基
础研究和应用研究取得了重要进展。人们通过不懈的努力，以纳米材料为开端逐
步衍生出纳米化学、纳米物理学、纳米电子学，纳米生物学等学科；派生出纳米
技术、纳米工艺等新的技术，进一步推动了纳米材料的发展。
1.2 纳米材料综述
1.2.1纳米材料的概念
所谓纳米材料就是指在一维、二维或者三维的空间中始终处于1～100 nm 范
围内的晶体或非晶体物质。从材料的结构单元层次来说，纳米材料粒子既不同于
微观原子或分子，又不同于宏观体相材料，它是介于宏观物质和微观原子、分子
之间的特殊状态，具有宏观体相的元胞键合结构，同时具备块体所没有的崭新的
物理化学性能。纳米材料广义来说，是指微观结构至少在一维方向上受纳米尺度
(1~100 nm) 限制的各种固体超细材料，故此按其维数可以划分为三类，即：
（1）零维纳米材料：指空间中三维尺寸处于纳米尺度的材料，如纳米尺度
颗粒、原子团簇、纳米点等。
（2）一维纳米材料：指空间中有二维尺寸处于纳米尺度的材料，如纳米线、
纳米棒等。
（3）二维纳米材料：指空间中有一维尺寸处于纳米尺度的材料，如纳米薄
膜等。
除此之外，还发现一种兼具一维和二维特征的新型准一维纳米结构-纳米带，
为研究电子运输现象提供了理想的平台。
1.2.2 纳米材料的性质
当粒子尺寸进入纳米量级(1~100 nm) 时，其本身具有表面效应、小尺寸效
应、量子效应及宏观量子隧道效应，从而具有传统材料所不具备的物理、化学性
能。主要表现在具有极佳的力学性能, 如高强、高硬和良好的塑性及韧性；另外二氧化锆纳米管的表面处理及性能研究
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纳米材料的表面积与体积比值很大，因此它具有相当高的化学活性，在催化、敏
感和响应等性能方面显得尤为突出。
(1) 纳米材料的表面效应
表面效应，是指纳米微粒的表面原子数与总原子数之比随着纳米微粒尺寸的
种子层对TiO2纳米棒阵列取向生长及界面态的影响
Ｖｏ１．３２ ２０１１年４月 高等学校化学学报 ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＣＨＩＮＥＳＥ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＩＥＳ Ｎｏ．４ ８２８～８３３
种子层对ＴｉＯ２纳米棒阵列取向
生长及界面态的影响
袁占强，庞 山，程轲，刘 兵，王广君，张兴堂，杜祖亮 （河南大学特种功能材料教育部重点实验室，开封４７５００４）
摘要采用水热法制备了金红石相的单晶ＴｉＯ，纳米棒阵列，利用扫描电子显微镜（ＳＥＭ）、ｘ射线衍射仪 （ＸＲＤ）、紫外一可见分光光度计（ｕＶ—Ｖｉｓ）以及表面光电压谱仪（ＳＰＳ）研究了其形貌、结构以及光电性质．通 过在不同生长基底上的对比实验发现，Ｆ掺杂ＳｎＯ，导电玻璃基底和种子层对纳米棒阵列的生长起决定作 用，ＴｉＯ：种子层与ＳｎＯ ：Ｆ基底晶格匹配，有利于晶体外延生长，使ＴｉＯ 纳米棒阵列的取向性更强．场调制 表面光电压测量结果表明，金红石相的ＴｉＯ：与基底界面处的能带向上弯曲，在ＦＴＯ／ＴｉＯ：界面存在大量界面 态，这些界面态可能成为光生载流子的复合中心．实验结果表明，引人种子层不仅有利于ＴｉＯ 纳米棒的取 向生长，而且可极大地减少界面态，从而提高电荷的收集效率． 关键词ＴｉＯ 阵列；表面光电压谱；界面态；收集效率 中图分类号Ｏ６１４；０６４９ 文献标识码Ａ 文章编号０２５１４３７９０（２０１１）０４－０８２８４３６
纳米尺寸的ＴｉＯ 由于其独特的光电性质已经在染料敏化薄膜电池 Ｊ、传感器 Ｊ、光催化 和光 裂解水㈦ 等领域得到广泛的应用．１９９１年，Ｇｒ￣ｉｔｚｅｌ等 利用具有大比表面积ＴｉＯ 纳米晶多孔薄膜作 为光阳极材料制备了电池器件，获得的能量转换效率高达７．１％，这种Ｇｒａｔｚｅｌ电池因其制备简单、材 料易得和成本低廉等优点而备受关注． 染料敏化太阳能电池主要由透明电极Ｆ掺杂ＳｎＯ （ＳｎＯ ：Ｆ）导电玻璃（ＦＴＯ）或铟锡氧化物 ［ｎ（Ｉｎ Ｏ，）：ｎ（ＳｎＯ ）＝９：１］导电玻璃（ＩＴＯ）、光阳极材料、染料、电解质溶液和对电极组成．受光激发 的染料分子将电子注入ＴｉＯ 中，光生载流子在纳米结构薄膜电极与导电基底界面、薄膜内纳米颗粒之 间以及薄膜电极／电解质溶液界面的分离、传输和复合等动力学行为决定着染料敏化太阳能电池的性 能 ．有关ＴｉＯ：与ＦＹＯ基底之间的界面对光诱导电荷载流子微观动力学行为影响的观点还存在许 多分歧．例如，Ｒａｈｌｅ等 认为在纳米多孔ＴｉＯ，薄膜和基底之间接触区域的场对电荷无影响，电子在 ＴｉＯ ／ＦＦＯ界面的隧穿决定了染料敏化太阳电池的性能；Ｆｅｒｂｅｒ １ｏ ３和Ｂｉｓｑｕｅｒｔ等 “ 则认为ＴｉＯ２／ＦＦＯ界 面的自建场是造成染料敏化电池内部电势降的主要原因；Ｗｅｒｎｅｒ等＿１ 认为内建电场不仅对 和＿， 有影响，而且对填充因子影响也很大．因此，正确理解ＴｉＯ，／ＦＦＯ界面接触问题以及光诱导电荷载流子 在界面的动力学特性，对于进一步提高这些器件的性能至关重要． 光生载流子在纳米晶薄膜传输过程中受到表面态能级的捕获和热释放影响，穿过整个纳米颗粒薄 膜需要的时间为毫秒至秒数量级，这种慢传输过程增加了复合几率，限制了能量转化效率 ”’ ．近年 来文献报道了利用一维纳米结构来改善电荷传输，如垂直基底生长的ＺｎＯ纳米棒阵列、ＴｉＯ 纳米管／ 棒阵列以及纳米棒与颗粒的复合电极，实验发现电荷传输效率得到大幅度的提高 ’” ． 我们利用水热法制备了单品ＴｉＯ 纳米棒阵列，并在制备过程中首次引入种子层，研究ｒ种子层对 ＦｉＯ，纳米棒生长的影响，详细考察了ＦＴＯ／ＴｉＯ，界面接触的能带结构和种子层对界面态及光牛载流子 传输所起的作用． 收稿日期：２０１０－０８一ｌ７ 基金项目：国家自然科学基金（批准号：１０８７４０４０）和教育部科技创新工程重大项目培育基金（批准号：７０８０６２）资助 联系人简介：杜祖亮，男，博士，教授，主要从事纳米结构材料的设计、制备及组装等方面的研究． Ｅ．ｍａｉｌ．ｚｌ
TiO2纳米管阵列的等效电路
第７卷 ２００８正 第４期 ８月 广州大学学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ｖｏ１．７ Ａｕｇ． Ｎｏ．４ ２００８
文章编号：１６７１４２２９（２００８）０４－００４０—０３
ＴｉＯ２纳米管阵列的等效电路
王 红，陈 环，刘志宇，傅 刚
（广州大学物理与电子工程学院，广东广州５１０００６）
摘要：通过复阻抗谱方法分析提出了ＴｉＯ 纳米管阵列薄膜的电路模型．ＴｉＯ 纳米管采用纯钛板在ＨＦ酸水
溶液中电化学阳极氧化生成，ＳＥＭ观测说明ＴｉＯ：纳米管是结构致密有序的阵列．根据复阻抗测量数据认为阵 列薄膜的等效电路是两个Ｒｃ并联回路组成的串联回路，由此拟合并给出了等效电路元件的各参数值．
关键词：ＴｉＯ ；纳米管阵列；等效电路；复阻抗谱；拟合 中图分类号：Ｏ ６４６．５；ＴＭ ９３４．７３ 文献标识码：Ａ
ＴｉＯ 是一种应用前景广阔的宽禁带氧化物，当前对其
光催化、太阳能电池、气敏等特性的研究逐渐成为热点¨ ，
研究涉及ＴｉＯ：纳米粉体、纳米膜和掺杂的ＴｉＯ 纳米复合
材料的制备、结构相变及催化性能 Ｊ，而对ＴｉＯ，纳米管
的报导主要是关于研究制备方面的 ，至于ＴｉＯ，纳米
管电学性能特别是等效电路的研究目前还鲜见报导．
本文通过阳极氧化法制备出了排列整齐的ＴｉＯ 纳米
管阵列，采用涂覆碳导电胶的方法在阵列薄膜上制备电
极，通过ＨＰ４１９２Ａ阻抗分析仪和ＨＰ４２９１Ｂ材料分析仪对
ＴｉＯ：纳米管进行复阻抗谱测试，探求薄膜的等效电路，拟
合出了等效电路对应元件的各参数值．
１ 实验部分
１．１ ＴｉＯ 纳米管阵列的制备
选用纯钛板，用热丙酮和去离子水超声清洗，将钛板
作阳极，铂片作阴极，室温条件下在０．５ｗｔ％ＨＦ的水溶液
中控制不同的实验参数进行阳极氧化，阳极氧化电压由直
流电源提供，阳极氧化过程中始终用磁力搅拌器进行搅
纳米二氧化钛的制备及光催化分析
苏州科技大学
材料科技进展
化学生物与材料工程学院
材料化学专业
题目： 纳米二氧化钛的制备及光催化
* 名： **
学 号： **********
指导老师： ***
起止时间：5月20日——6月8日
纳米二氧化钛的制备及光催化
吕岩
（苏州科技学院，化学与生物工程材料学院，江苏，苏州，215009）
摘要: 纳米二氧化钛是种重要的纳米材料，其在众多领域有着广泛的应用。本文主要介绍纳米二氧化钛的多种制备方法，包括化学气相法(化学气相沉积法、化学气相水解法等)、液相法( 溶胶凝胶法、沉淀法、水热合成法等)两大类, 并分析了各种工艺的优劣。并介绍纳米二氧化钛光催化反应原理,基本方法,影响因素,及其广泛的应用。通过介绍纳米二氧化钛的制备及光催化的研究，更深刻理解其在生产生活中应用。
关键词：纳米TiO2，制备方法，光催化.
The study on preparation of nanometer TiO2 and photocatalytic
Lv Yan
(University of Science and Technology of Suzhou,School of Chemical and
Biological Engineering Materials,Jiangsu,Suzhou,215009)
Abstract: A s an important nanomaterial nanometer TiO2 has wide app lications
in many fields, such as environmental production. Preparation methods of
CdS／TiO2纳米管复合结构的制备与光电性能研究
第２９卷第６期 ２０１３年６月 无 机 化 学 学 报 ＣＨＩＮＥＳＥ Ｊ０ＵＲＮＡＬ ＯＦ ＩＮＯＲＧＡＮＩＣ ＣＨＥＭＩＳＴＲＹ Ｖ０１．２９ Ｎｏ．６ １２１５—１２２１
ＣｄＳ／ＴｉＯ２纳米管复合结构的制备与光电性能研究
向 宇 付继江 郝 娜 张成铖 夏进阳 彭 祥 张旭明
（武汉科技大学材料与冶金学院，湖北省耐火材料与高温陶瓷重点实验室，武汉４３００８１）
摘要：利用阳极氧化法在钛金属基底表面制备一层ＴｉＯ。纳米管阵列薄膜，然后通过水热反应在ＴｉＯ：纳米管上负载ＣｄＳ纳米粒 子，形成ＣｄＳＦＦｉＯ２纳米管的复合结构。利用ＳＥＭ、ＸＲＤ、ＸＰＳ、ＵＶ—Ｖｉｓ等手段对其形貌和结构进行表征。进一步考察了ＣｄＳ／ＴｉＯ２ 纳米管的光电性能和光催化活性，结果表明，相比于ＴｉＯ 纳米管，ＣｄＳ／ＴｉＯ：纳米管复合结构在紫外光和可见光下都具有更好的 光催化活性及光电性能
关键词：ＣｄＳ／ＴｉＯ２纳米管；水热；光电化学性能 中图分类号：０６４３；Ｏ６１４．２４＋２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—４８６１（２０１３）０６ １２１５—０７ ＤＯＩ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１００１—４８６１．２０１３．００．１６７
Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ＣｄＳ／ＴｉＯ２ Ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅ
ＸＩＡＮＧ Ｙｕ ＦＵ ｊｉ—Ｊｉａｎｇ ＨＡ０ Ｎａ ＺＨＡＮＧ Ｃｈｅｎｇ—Ｃｈｅｎｇ ＸＩＡ Ｊｉｎ—Ｙａｎｇ ＰＥＮＧ Ｘｉａｎｇ ＺＨＡＮＧ Ｘｕ－Ｍｉｎｇ （Ｈｕｂｅｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｒｅｆｒａｃｔｏｒｉｅｓ ａｎｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ，Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ Ｅｎｇｔｎｅｅｒｉｎｇ， Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００８ １，Ｃｈｉｎａ）
纳米二氧化钛的制备方法及形貌特征
纳米二氧化钛的制备方法及形貌特征
盛丽雯重庆交通大学应用化学08300221
摘 要：纳米二氧化钛以其优异的性能成为半导体光催化剂的杰出代表，探寻优良的二氧化钛制备工艺有着重要的现实意义。本文主要介绍了近年来国内外纳米二氧化钛制备工艺的研究状况，根据反应体系的物理形态将制备工艺分成气相、液相、固相三大类进行阐述，在此基础上分析比较了不同制备工艺的优缺点，最后展望了今后的发展方向。
关键词：纳米二氧化钛、制备方法、形貌特征。
1 纳米二氧化钛的制备方法
1．1 气相法
气相水解法利用氮气、氧气或空气作载气，把TiC1 或钛醇盐蒸气和水蒸气分别导人反应器，进行瞬间混合快速水解反应。通过改变各种气体的停留时间、浓度、流速以及反应温度等来调节纳米TiO的晶型和粒径。该方法制得的产品纯度高、分散性好、表面活性大，操作温度较低，能耗小，且对材质纯度要求不是很高，可实现连续生产；但控制过程复杂，并且直接影响着产品的晶型和粒径。气相氧化法是以TiC1 为原料，氧气为氧源，氮气作为载气的氧化反应，反应经气、固分离后制得纳米TiO：。该法制得的产品纯度高、分散性好；但设备结构复杂，材料要求耐高温、耐腐蚀，自动化程度高，研究开发难度大。气相氢氧火焰法以TiC1 ，H2，O：为原料，将TiC1 气体在氢氧焰中(700～1 000℃)高温水解制得纳米TiO。产品一般是锐钛型和金红石型的混晶型，产品纯度高、粒径小、表面活性大、分散性好、团聚程度较小，自动化程度高；但所需温度高，对设备材质要求较高，对工艺参数控制要求精确。气相热解法以TiC1 为原料，在真空或原料惰性气氛下加热至所需温度后，导入反应气体，使之发生热分解反应，最后在反应区沉积出纳米TiO。产品化学活性高、分散性好，可以通过控制反应气体的浓度和炉温来控制纳米TiO的粒径分布；但投资大、成本高。
1．2 液相法
溶胶一凝胶法以钛醇盐Ti(OR) 为原料，经水解与缩聚过程而逐渐凝胶化，再经低温干燥、烧结处理即可得到纳米TiO粒子。该法制得的产品纯度高、粒径小、尺寸均匀、干燥后颗粒自身的烧结温度低；但原料价格昂贵、生产成本高，凝胶颗粒之间烧结性差，产物干燥时收缩大。化学沉淀法将沉淀剂加入TiOSO，H TiO，或TiC1 溶液中，沉淀后进行热处理。该法工艺过程简单，易工业化，但易引入杂质，粒度不易控制，产物损失多。水解法以四氯化钛或钛醇盐为原料，经水解、中和、洗涤、烘干和焙烧制得纳米TiO。该法制得的产品纯度高、粒径均匀；但水解速度快、反应难控制、成本大、能耗高、难以工业化生产。水热法以TiOSO，TiC14或Ti(OR)4为原料，高温高压下在水溶液中合成纳米TiO。该法制得的产品纯度高、粒径分布窄、晶型好；但对设备要求高、能耗较大、操作复杂、成本偏高。在综合对比研究了纳米二氧化钛的各种制备方法后，提出了利用偏钛酸原料廉价易得的特点，简化工艺过程，采用化学沉淀法来制备纳米TiO的工艺方案，并进行了长时间的中试，现就该工艺的特点及中试过程中所遇到的问题进行阐述。