导读： 纳米二氧化钛由于其具有无毒无害、催化活性高、氧化能力及化学稳定性强等优势入手，分析了 TiO_2纤维的制备、复合及其光催化性能研究 ，由硕士论文事业部整体提供。
1 绪论
随着经济的飞速发展，环境的污染也越来越严重，尤其是我们赖以生存的大气及水
体，由于大幅度乱砍乱伐，生态环境遭到严重破坏，致使环境的自我修复能力也大大下
降，因此我们必须来缓解这种情况的继续恶化。
水乃生命之源，万物生命皆离不开水，如果水体污染以后，有毒物质在体内就会聚集的越来越多，积累至一定程度就会致癌致畸甚至致死，因此改善生态水，净化污染水
源尤其是净化生活用水成为我们的当务之急。
近年来，无机半导体光催化剂被用于治理环境污染，并得到了极大的发展。以半导体做催化剂的光催化氧化过程具有以下优点：反应条件温和、无二次污染、可直接利用光能进行氧化反应等。从而使得半导体光催化剂成为一种理想的环境污染治理技术，并显示出巨大的应用潜力。在众多半导体光催化剂中，TiO以其无毒、化学稳定性好、氧化能力强、价廉易得而备受青睐。然而，由于 TiO2半导体带隙宽(Eg=3.2 eV)， 只能利用约占太阳光 3%～5%的波长小于 387 nm 的紫外光来诱发光催化反应，因此对太阳能的利用率低；光生电子和空穴的复合几率较高，导致量子化效率降低。此外，由于纳米TiO2尺寸小，导致材料难以完全分离、再利用，同时无法回收的 TiO2还会造成二次污染，以上不利因素大大制约了纳米 TiO2光催化氧化技术在环境污染治理方面的实际应用。
1.1 纳米半导体光催化材料研究
由于光催化能力属于半导体材料的独特性能之一，再加之纳米科技的飞速发展，为纳米半导体光催化技术的应用推广提供了很好的技术支持。然而，光催化剂的应用能否得到推广取决于光催化剂的光催化过程，光催化剂的活性高低及光催化剂的存在形态。通过光催化氧化来降解痕量难降解的有机污染物，通常使用 n 型半导体作为催化剂，光作为激发源而激活其发生催化反应。TiO2、Fe2O3、ZnO、CdS、WO3等是 n 型半导体，已经被详细研究过，其中纳米二氧化钛是一种宽禁带 n 型半导体材料，同时又是一种良好的光催化剂，由于其具有氧化能力强、无毒无害、廉价、催化活性高、化学稳定性好等优点，所以将二氧化钛作为近年来处理污染物的研究热点之一。1972 年，Fujishima 和 Honda[2]首次发现当光照射 n 型半导体二氧化钛单晶电极后，将发生氧化还原反应，使水分解，从此半导体光催化剂引起了世界研究者的广泛关注。
随着加拿大科学家 Carey 和 Lawrence1976 年将二氧化钛光催化技术应用于剧多氯联苯的降解研究，才使得半导体光催化技术在环保领域中应用得以扩展。Pruden和 Ollis[4]在 1983 年发现了卤代有机物如三氯乙烯、二氯甲烷等的光致矿化，这一特性的发现不仅将二氧化钛的研究推向了高潮，同时也为治理环境提供了新的方法和手段。经过多年的科学研究，半导体光催化剂在治理环境污染的方方面面都显示出了非常广阔的应用前景，再加之光致矿化的发现，更将半导体光催化剂推向多相催化研究领域的顶级。
在环保领域中的应用，尤其在水处理方面，长期以来人们主要是二氧化钛粉末为主要研究对象，但众所周知，粉末状的二氧化钛极易团聚，无法回收，再加之其禁带宽度宽，对自然光的利用率极低，诸多缺陷使得悬浮相光催化技术的进一步应用成为幻想。为解决二氧化钛粉末所存在的种种不足，采用玻璃为基底负载二氧化钛、利用模板法等制备多种形貌二氧化钛光催化剂及二氧化钛纤维光催化剂便随着时代而产生。
1.2 二氧化钛晶体结构及其光催化特性
1.2.1 二氧化钛晶体结构
二氧化钛有三种结晶形态锐钛矿、金红石和板钛矿，是多晶型的化合物一种。其中，
板钛矿型属于斜方晶系，尚有业利用重要的工价值没，而且在自界中也很少然见。锐钛矿型和金红化钛的晶型单元结石型二氧构如图 1.1 所示，都且应用非属于四方晶系，而常格和晶胞结构却广泛，但其晶不尽相同。锐钛矿与这两种晶型结金红石构均由相互联接的八面体组成的原子都位于八面体，每个 Ti 的中心，且被 6 个 O 原子围绕，唯一的差别就在于八面体的畸变程度和相互联锐钛矿的八面体接方式不同。呈现明显的斜方晶畸变；而金红石的八面体不显斜方晶，因此对称规则，微性较锐钛化钛要高矿二氧很多。
参考文献
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TiO_2纤维的制备、复合及其光催化性能研究
摘要 4-5
Abstract 5-6
1 绪论 10-28
1.1 纳米半导体光催化材料研究 10-11
1.2 二氧化钛晶体结构及其光催化特性 11-16
1.2.1 二氧化钛晶体结构 11-12
1.2.2 二氧化钛能带结构 12-13
1.2.3 二氧化钛光催化氧化机理 13-15
1.2.4 二氧化钛光催化氧化的影响因素 15-16
1.3 二氧化钛在污染控制领域的应用 16-19
1.3.1 水处理净化 16-17
1.3.2 大气净化 17-18
1.3.3 杀菌 18
1.3.4 自清洁 18-19
1.4 二氧化钛纤维制备技术研究进展 19-26
1.4.1 TiO_2纤维的制备方法 20-21
1.4.2 制备TiO_2纤维方法的研究进展 21-23
1.4.3 TiO_2纤维的应用 23-24
1.4.4 各制备方法的优缺点 24-26
1.5 本课题研究的目的、主要内容及创新点 26-28
1.5.1 本课题的研究目的 26
1.5.2 本课题主要研究内容及创新点 26-28
2 实验部分 28-33
2.1 实验药品及实验仪器 28-29
2.2 样品的表征手段及仪器的操作条件 29-31
2.2.1 X 射线衍射分析（XRD） 29-30
2.2.2 透射电子显微镜分析（TEM） 30
2.2.3 扫描电子显微分析（SEM） 30-31
2.2.4 拉曼光谱分析 31
2.3 光催化降解装置 31-33
2.3.1 评价光催化降解性能的装置 31
2.3.2 评价光催化降解性能的方法 31-33
3 多种方法制备二氧化钛纤维 33-67
3.1 溶胶-凝胶法/模板法与溶胶-凝胶法/水热法制备二氧化钛纤维 33-45
3.1.1 溶胶-凝胶法制备二氧化钛 33
3.1.2 以棉花为模板制备纤维状二氧化钛 33-34
3.1.3 水热法制备二氧化钛纤维 34
3.1.4 样品催化甲基橙的对比试验 34-35
3.1.5 结果与讨论 35-45
3.1.6 小结 45
3.2 水热法制备二氧化钛纤维 45-58
3.2.1 二氧化钛纤维的合成 45-46
3.2.2 结果与讨论 46-58
3.2.3 小结 58
3.3 水热沉淀法 -水热法制备二氧化钛纤维 58-67
3.3.1 制备二氧化钛纤维 58-59
3.3.2 结果与讨论 59-65
3.3.3 小结 65-67
4 结论 67-68
参考文献 68-73
攻读硕士学位期间所获得的研究成果 73-74
致谢 74
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