文 献 综 述

1、研究背景，现状及目的

介孔材料是孔径在2～50nm之间的多孔材料，因其具有比表面积和吸附容量较大、孔结构大小均匀并且有序可调、孔壁厚较大和水热稳定性较高等优异性能[1]，被广泛地应用于催化反应、医药、环境保护、纳米功能材料等领域[2]。

1972年Fujishima和K.Honda在 n型半导体 TiO₂电极上发现了水的光电催分分解作用，开始了多相催化的研究。到目前为止，具有多相催化性能的半导体有很多，如WO₃、TiO₂、CdS、ZnS、ZnO、Fe₂O₃、CdSe等，但是相比较而言，TiO₂来源丰富、价格低廉，其光电化学性能十分稳定，耐光腐蚀，并且具有较深的价带能级，可使一些吸热反应在光照射的 TiO₂微粒表面得以实现和加速，更重要的是 TiO₂本身对人体和微生物无毒性，是理想的环保型光催化剂。因此，对氧化钛的研究已成为当今化工研究的热门课题。

由于纳米二氧化钛粉末分散悬浮体系回收和分离难度大、分散性差等问题,并且对于处理空气污染物,特别是居室中产生的有毒有害气体无能为力。因此近年来国内外都在大力开展制备二氧化钛膜的研究[3].曾成华、田从学、复旦大学的乐英红等都以不同的原料和方法制备出介孔TiO₂光催化剂[4]。

本课题的目的在于了解国内外合成纳米TiO₂薄膜的各种方法和工艺，并对比这些方法和工艺的利弊及合成产品性能的差异，且能够与本实验室制备TiO₂薄膜工艺优势相结合，进而能够开发出更加良好的工艺方法。

2、氧化钛膜的制备方法

随着对氧化钛膜的研究越来越深入，其制备方法也越来越多，目前氧化钛薄膜可采取的制备方法主要有溶胶-凝胶法、水热法、阴极电沉积法、自组装法等等。

2.1、溶胶-凝胶法

在众多方法中，溶胶-凝胶法因为低操作温度、低成本、易成型、成膜均匀并且容易制成多孔的纳米结构等特点而被广泛采用。溶胶-凝胶技术是指有机或无机化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经过热处理而制得氧化物或其它化合物固体的方法。该方法法制膜的一般工艺过程分为三个阶段：(1)溶胶的制备；(2)薄膜的涂敷；(3)干燥和热处理。Qiu Jijun[5]等以ZnO纳米棒为模板剂制备得到有序的氧化钛膜。A.Elfanaoui[6]等通过溶胶凝胶旋转涂膜法制得了氧化钛膜，并且研究了不同煅烧温度对于结晶化的影响。

2.2、水热法

水热法以其能制备可控性和重复性良好的多孔高比表面积纳米结构薄膜而成为制备纳米TiO₂多孔膜最常用的方法。董祥[7]等制备的纳米线薄膜过程如下：将钛箔经过浓HNO₃和HF的混合液抛光后，用去离子水反复冲洗几次，烘干待用。配制10 mol/L NaOH水溶液，将处理好的钛箔放入100 mL的以聚四氟乙烯为内衬的反应釜中(填充量70 mL)，放入烘箱中加热至140℃，保温4h，停止加热，反应釜自然冷却至室温。取出钛箔，在0.1 mol/L的HCl水溶液中浸泡12h。浸泡后的样品用去离子水冲洗数次。在70℃下烘干后于450℃下烧结30min得到纳米线薄膜。

2.3、阴极电沉积法

本方法可以在室温下直接沉积成膜，能够保证薄膜的导电性能不再因热处理过程而遭到破坏。罗素[8]等在三电极体系中，采用电沉积法制备二氧化钛纳米微粒膜，并对其光电化学性能与表面形貌的关系进行了研究。

2.4、自组装法

有机自组装成膜技术通过固-液界面间化学反应的化学吸附能在基片表面形成连续的、紧密的二维有序自组装有机单层膜，利用单层膜表面端基的化学吸附性质，能制得高度有序且紧密堆积的氧化物薄膜。余海湖[9]等将表面经过羟基化处理的基片浸入聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)的水溶液中，PDDA在基片表面吸附形成单层膜，使基片表面带正电荷。再将基片浸入聚4-苯乙烯磺酸钠(PSS)水溶液中5min，取出用去离子水淋洗，吹干。浸入TiO₂胶体溶液中5min，取出用去离子水淋洗，吹干。重复直至获得一定的层数，薄膜的最外层为TiO₂。