功能性高分子-期刊論文 二氧化鈦奈米材料的 製備特性研究 學號:4a040083 姓名:江昱熲
引用來源:
前言 現今，奈米技術蓬勃發展，而奈米二氧化鈦是大家常聽到的名詞。從日常生活中，奈米已經與生活息息相關，密不可分，在這篇期刊論文中，我們討論的重點主要於製造奈米材料，奈米TiO2包括有機/無機納米複合材料的各種工藝參數。 從技術上說，二氧化鈦受到紫外光下相對較能隙高的能量時，二氧化鈦的電子會從價帶躍遷至導電帶，因而產生電子-電洞對。 可見光活化的二氧化鈦可以用摻雜或敏化來製備。此外它的強氧化活性和超親水可作為抗菌劑來使用。
第一代納米結構：被動納米系統〜2000年 •分散和接觸的納米結構，例如:氣霧劑和膠體。 •產品結合納米結構，如塗料、納米粒子增強複合材料、納米結構的金屬、納米聚合物、納米陶瓷。 ↓ 第二代納米結構：主動納米系統2005年〜 •生物活性，與健康有關，比如:靶向藥物等。 •理化活性，例如:二極管、晶體管、放大器、致動器，以及自適應結構 ↓ 第三代：納米系統的體系2010年~ •例如:指導組裝，3-D網絡和新的層次架構，機器人的演變。 ↓ 第四代：分子納米體系2015-2020年〜 •例如:分子器件的設計、“原子設計，及新興的功能。
二氧化鈦性質 二氧化鈦是一種化學上穩定、無毒、與生物相容，且便宜的材料，具有非常高的介電係數及高光催化活性。 在一般情況下，TiO 2具有兩個穩定的晶體結構：銳鈦礦相和金紅石相，但天然金紅石型結晶不純，因此早期的調查僅限於陶瓷樣品，後來約1950年，研發出能合成單個紅晶石的晶體生長技術。 金紅石的電荷輸送現象以小極化子模型來描述。在此之前，人們認為銳鈦礦的性能是類似於金紅石，直到使用銳鈦礦的太陽能電池的概念的產生。隨著越來越多的合成銳鈦型單晶的可能性，開始了相當多的研究，研究探討銳鈦礦二氧化鈦的電子和光學特性。
二氧化鈦晶體結構 天然存在的二氧化鈦晶體具有三個共同的多晶型物： 金紅石（四方），銳鈦礦（四方）和板（斜方晶系），以及象氧化鈦二（鈮）， 二氧化鈦（H）（錳礦）一些不常見的結構:二氧化鈦（R） - （斜方錳礦），和TiO 2（B）的（單斜） 其中許多只發生在非常特殊的條件。
二氧化鈦的光學性質 二氧化鈦的各種光學參數可以Table1中找到示出二氧化鈦的各種光學性質。
TiOSO4 + H2O→H2TiO3↓+ H2SO4 H2TiO3·SO3→TiO2+H2O+SO3↑ 奈米二氧化鈦製備 二氧化鈦的生產方法有硫酸法和氯化法兩種。硫酸法是將鈦鐵礦經濃硫酸酸解成塊狀固相物，用酸性水浸取後得到鈦液，經沉降除雜質、冷凍分離副產硫酸亞鐵後，加晶種使硫酸氧鈦分解生成偏鈦酸。經水洗達標後煅燒、粉碎而製得二氧化鈦粉末。 硫酸法 反應方程式： H2SO4 + TiO2→TiOSO4 + H2O Ti(SO4)2 + H2O→ TiOSO4 + H2SO4 TiOSO4 + H2O→H2TiO3↓+ H2SO4 H2TiO3·SO3→TiO2+H2O+SO3↑
氯化法 氯化法是將粉碎後的金紅石或高鈦渣與焦炭混合，在硫化床氯化爐中與氯氣反應生成四氯化鈦，經淨化，加入晶型轉化劑於高濁罡氧化生成二氧化鈦，再經水洗、乾燥、粉碎得到。 反應方程式： 2TiO2 + 3C + 4Cl2→2TiCl4 + 2CO↑+ CO2↑ TiCl4(汽）+O2 （氣）→TiO2 (固）+ 2Cl2 (汽）
討論 奈米二氧化鈦是現在科技中最愛用的一個光觸媒材料上述有提到它具有兩種常見的結構，分為金紅石相和銳鈦礦相，而銳鈦礦相與金紅石相相比，相對具有較高的工觸媒活性，當它受到大於能隙寬度的光照射後電子會從價帶躍遷至導電帶，因而產生電子-電洞對，其中電子具有還原性，電洞具氧化性，電洞會和二氧化鈦表面上的OH－反應生成氧化性很高的‧OH－自由基，電子則會和氧分子結合形成超氧離子（‧O2－），活潑的‧OH－自由基和超氧離子可以把有機物分解，變為二氧化碳和水，因而達到淨化效果。
所以具有抗菌、防污、除霧、脫臭、淨水、抗癌等公用，但在製備時也仍遇到許多問題，以硫酸法在和成粉體時，須達到攝氏400度以上煆燒除去水，才能得到銳鈦礦相二氧化鈦結晶，我們可以研究更低溫的方式去得到晶體，而且低溫的話也能夠跟其他高分子材料做結合而產生更多的應用。 奈米科技的發達將對光觸媒的發展產生決定性的影響。在台灣的話我覺得非常適合使用奈米二氧化鈦光觸媒，因為台灣一年四季的陽光都非常充足，我相信應用的方面也一定非常廣泛，之前上的材料課及實驗課就有實地製備過二氧化鈦光觸媒，我覺得它用途非常廣泛，往後可以更加的研究，讓它擁有更多的用途。
參考資料: https://www.google.com.tw/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&uact=8&ved=0CCEQFjAA&url=http%3A%2F%2Fir.ntut.edu.tw%2Fretrieve%2F8449%2Findex.html&ei=aZ2ZVNr6PJLn8AXWvYD4BQ&usg=AFQjCNGM-nQgZaEVibGZcnP-KzdpzeC5nw&sig2=y-w10auzwdNdO9DpFy07sw