Ti O2纳米颗粒的制备及表征
在关于有关Ti O2纳米颗粒的研究中，制备方法的研究是很多的，同时，采用溶胶-凝胶法合成纳米Ti O2的文献报道比较多，通常采用溶胶-凝胶法合成的前驱物为无定形结构的，经过进一步的热处理后或者水热晶化才能得到晶型产物[49]。

烧结过程能促使晶型转变，但是往往引起颗粒之间的团聚和颗粒的生长[50]。

一般情况下，在大于300℃温度烧结处理得
到锐钛矿型Ti O2、大于600℃的温度烧结处理得到金红石型Ti O2。

Ti O2的很多种性质取决于颗粒尺寸和晶化度。

优化制备条件，得到分散性良好，催化性能好的光催化剂是很有研究意义的。

实验原理
溶胶-凝胶法是从材料制备的湿化学法中发展起来的一种新方法，是以金属醇盐或无机
盐为原料，其反应过程是将金属醇盐或无机盐在有机介质中进行水解、缩聚反应，使溶液形成溶胶，继而形成凝胶。

凝胶经陈化、干燥、煅烧、研磨得到粉体产品。

其中由于较多研究者以醇盐为原料，故也将其称为醇盐水解法。

在溶胶-凝胶法中，溶胶通常是指固体分散在
液体中形成胶体溶液，凝胶是在溶胶聚沉过程中的特定条件下，形成的一种介于固态和液态间的冻状物质，是由胶粒组成的三维空间网状结构，网络了全部或部分介质，是一种相当稠厚的物质。

本文中，钛酸四丁酯(Ti(OC4H9)4)在水中水解，并发生缩聚反应，生成含有氢氧化钛(Ti(OH)4)粒子的溶胶溶液，反应继续进行变成凝胶,反应方程式如下：
水解Ti(OC4H9)4+4 H2O →Ti (OH)4+ 4HO C4H9 (2-1)
缩聚2Ti (OH)4→[Ti (OH)3]2O+H2O (2-2)
总反应式表示为：
Ti(OC4H9)4+ 2H2O→Ti O2 + 4 C4H10O (2-3)
上式表示反应物全部参加反应的情况，实际上，水解和缩聚的方式随反应条
件的变化而变化。

反应过程为：
(1) 水解反应：可能包含对金属离子的配位，水分子的氢可能与OR 基的氧通过氢键引起
水解。

(2) 缩聚反应：在溶液中，原钛酸和负一价的原钛酸反应，生成钛酸二聚体，此二聚体进
一步作用生成三聚体、四聚体等多钛酸。

在形成多钛酸时Ti-O-Ti 键也可以在链的中部形成，这样可得到支链多钛酸，多钛酸进一步聚合形成胶态Ti O2，这就是通常所说的
Ti O2溶胶的胶凝过程[53]。

本论文选用价格较低、使用较为普遍的钛酸四丁酯(Ti(OC4H9)4)作为钛源，选用乙醇为
溶剂，乙醇在钛酸四丁酯的水解反应过程中并不直接参与水解和缩聚反应，但它作为溶剂对体系起着稀释作用，它在Ti(OC4H9)4分子与水分子周围均形成由乙醇分子组成的包覆层，
阻碍反应物分子的碰撞，并在溶胶粒子周围形成“溶剂笼”，从而阻碍了溶胶粒子的生长以及溶胶团簇间的键合，使得干燥后的干凝胶能保持疏松多孔的状态，经焙烧后所得粒子比表面积较大。

此外，在制备溶胶的过程中还要加入适量的冰乙酸，冰乙酸在反应过程中可能有两种作用：一是抑制水解，二是使胶体粒子带有正电荷，阻止胶粒凝聚，从而避免干凝胶粒尺寸过大。

根据上述机理分析和本实验室前人研究的基础上，确定制备Ti O2溶胶的各物料组分摩尔比为Ti(OC4H9)4:HAc:H2O:Et OH:(NH4)2CO3 =1:2:15:18:X,其中X值变化的范围是0~4，加入碳酸铵的目的是使反应过程中产生气体和微小的固体载体，但又不会对生成的Ti O2造成掺杂等影响，使颗粒分散更均匀，细小。

2.2.2
仪器设备
实验中常用仪器设备见表2-2：
2.3
实验部分
2.3.1 Ti O2光催化剂的制备
制备纳米二氧化钛纳米颗粒的实验步骤如下：
(1)在200毫升的烧杯中，在搅拌条件下将17毫升钛酸四丁酯滴加到51.75毫升无水乙醇和6毫升冰醋酸的混合液中，形成溶液A，然后把烧杯放入准备好的盛有冰水混合的冰浴中，并在磁力搅拌器作用下不断搅拌，使之均匀。

(2) 在搅拌条件下，把配置好的一定量的(NH4)2CO3水溶液(X=0～4)加入到A溶液中，制成溶胶。

(3) 使溶胶充分反应至凝胶化，所需时间大概为40分钟左右，停止搅拌，得到湿凝胶。

(4) 湿凝胶在空气中自然陈化5小时。

(5) 把湿凝胶放入干燥箱中80℃干燥24小时，形成干凝胶，取出后放至室温研磨成干凝胶粉。

(6) 将干凝胶粉在马弗炉中不同温度下焙烧2小时得到Ti O2粉末，即得到晶粒尺寸有异的纳米Ti O2催化剂。

样品制备工艺流程图见图2-1：。