介孔二氧化钛微球的制备及其在染料敏化太阳能电池的应用文献综述
2020-05-18 21:16:58
1 二氧化钛概述
TiO2 (二氧化钛)是一种新型的无机材料。TiO2具有无毒性、稳定性好、催化活性高、紫外吸收能力强等很多优异的物理化学性质[1,2]，是一种优良的半导体材料。纳米级TiO2粉体具有比表面积大、光吸收性能好等优点，特别是对紫外光的吸收能力较强[3]。
1.1 纳米TiO2的结构特征与基本性质
自然界存在的以及人工合成的TiO2主要有三种晶型：锐钛矿(四方晶系，a=b=3.784Aring;, c=9.502 Aring;)、金红石(四方晶系，a=b=4.584Aring;, c=2.953 Aring;)和板钛矿(斜方晶系，a=5.436Aring;, b=9.166Aring;, c=5.135 Aring;)[4]。其中，板钛矿TiO2很不稳定，所以很少使用；金红石TiO2具有良好的热稳定性，锐钛矿TiO2和板钛矿TiO2的晶型在高温下能够转变为金红石。
1.2纳米TiO2的制备方法
目前，用于合成不同形貌与结构的纳米TiO2的方法有很多，可以分为气相、固相以及液相反应法[5]。
1.2.1 气相反应法
气相反应法是通过将金属钛的卤化物或有机钛化合物高温加热进行气化，使之在气相状态下发生物理以及化学的变化。继而让其在冷却过程当中成核，并凝聚到纳米TiO2。用气相反应法制备的TiO2颗粒具有粒度细、分散性好以及表面活性高等优点，但气相反应法对设备的要求较高，需要较高的温度。气相反应法主要包括物理气相沉积、化学气相沉积和化学气相水解法。
1.2.2 固相反应法
固相反应法是通过使用机械外力对固体物质研磨粉碎来制备TiO2样品。固相法具有工艺简单，成品率高的优点，适用于大批量生产，但是很难制备出超细粉体且在制造过程中容易引入其他杂质。
1.2.3 液相反应法
目前合成TiO2产品最为常用的方法是液相反应法，尤其是在实验室中。主要是将钛盐溶于水或有机溶剂中，让其保持离子或分子状态，然后加入沉淀剂或采用水解，蒸发，结晶，得到TiO2前驱体；通过脱水、热分解、煅烧等方法得到所需的TiO2样品。该方法原料低廉、来源较广、设备简单且易操作。液相反应法主要包括水热法、溶剂热法、溶胶-凝胶法和微乳液法等。其中实验室制备TiO2最为常见的方法是水热法[6]。
水热法：以水溶液作为反应媒介，在内衬有聚四氟乙烯的高压釜中通过控制一定的温度和压力，反应一段时间后，取出高压釜中的产物、经过洗涤烘干后得到纳米TiO2。水热法工艺简单、产物易得，高温高压条件下，化合物在水中晶体结构容易转型、离子的活性变强、溶解度加大，可得到结晶好、纯度高、晶粒尺寸可控的TiO2纳米颗粒[7]。
