TiO2形貌调控研究

宫子钰，郑黎明，张明清，张琳，张迎，谢洪阳

TiO2形貌调控研究

宫子钰，郑黎明*，张明清，张琳，张迎，谢洪阳

（辽宁工业大学，化学与环境工程学院， 辽宁 锦州 121000）

总结了TiO2的形貌、合成方法及影响因素。TiO2形貌有球形、微球形、中空球形、花形、纳米纤维、纳米管状、片状、棒状等；合成TiO2的方法包括水热合成法、溶剂热法、水解法、溶胶凝胶法、反应炉热裂解法等；影响TiO2形貌的因素主要有反应温度、pH值、溶剂、某些离子等因素。

形貌；TiO2；合成

TiO2对人体基本无害，合成成本低廉，具有十分卓越的化学稳定性、热稳定性和光学及颜料效应性能，是一种应用前景广阔的材料。由化学与材料学常识可知，材料的形貌结构不同，其性能与应用效果就会有差异。众多研究人员对TiO2开展了广泛的研究，发现其能够呈现出丰富的形貌结构。

1 TiO2的形貌、合成方法及影响因素

目前合成出的TiO2形貌有球形、微球形、中空球形、花形、纳米纤维、纳米管状、片状、棒状等。合成方法包括水热合成法[1-8]、溶剂热法[9, 10]、溶胶凝胶法[11, 12]、水解法[13-15]、反应炉热裂解法等。合成的TiO2形貌与合成方法见表1。

表1 TiO2形貌及其合成方法

如表1所示，同一种合成方法有时会形成不同的TiO2形貌结构，这主要与一些影响因素有关。常见的影响因素有温度、pH值、加入某种离子、反应时间等。调研文献[6, 7]显示了这一特征，如图1所示。

吕玉珍[7]等以草酸钛钾和过氧化氢为原料，采用水热法合成了不同形貌的TiO2粉体材料。在150 ℃下加热0.5 h，TiO2的形貌为图1（a）所示的带状花结构；再在此温度下延长加热5 h，形成图1（b）中的棒状花结构。图1（a）中的TiO2是由纳米带组成的花状结构，当保持其他参数不变时，形成纳米带的颗粒直径增大，使纳米带增大增粗，花状转变为纳米棒状结构。刘仁兵等[8]采用水热法，在不同温度下合成了纳米棒状TiO2，见图1（c）与图1（d）。通过两个图片可以看出纳米棒阵列的密度以及纳米棒的长度不同，这是因为反应温度的升高，加快了纳米棒的横向生长速度，导致了纳米棒数量上的减少。

王红侠等[10]以钛酸丁酯为钛源，采用无模板溶剂热法合成TiO2微球。实验讨论了溶剂对于TiO2形貌的影响。图2为乙醇不变，加入不同体积丙三醇时所得样品的SEM图。通过图2（a）可以看出最初样品为1 500 nm的实心微球。从图2（b）、（c）可以看出，样品均具有空心结构。通过计算得出微球的直径分别为800~900 nm和250~350 nm，由图2（c）我们可以看出微球的大小明显小于之前，这主要是由于丙三醇是多元醇，黏度较大，影响了晶体生长。丙三醇对样品形成空心结构起着至关重要的作用，当乙醇的量不变时，空心微球的尺寸随着丙三醇的增加而减小。

a.只加入30 mL乙醇；b.加入30 mL乙醇，5 mL丙三醇；c.加入30 mL乙醇，15 mL丙三醇。

图3 水解温度为70 ℃和80 ℃水解法所得TiO2SEM图[15]

闫慧等[15]使用水解法水解(TiSO4)2制备TiO2实验中研究了水解温度对TiO2形貌的影响。通过观察图3（a）发现70 ℃时候形貌不规则，大小也不同；图3（b）中，当温度升高至80 ℃的时候，由于温度升高，分散性增强，使形貌变为球形，且十分规律，并分布均匀。

离子也会影响反应最后生成的TiO2的晶体形貌，在强酸溶液下，以TiCl4[16]作为原料进行水热反应时，合成了柱状晶体，同样条件下加入FeCl3·6H2O，合成的为带状晶体，分析认为是FeCl·6H2O中的Fe3+抑制了晶面的生长速度，导致TiO2晶体的形貌改变。

除上述提及的形貌外，TiO2还有许多形貌，如条状、棒状等。影响因素还包括水解法时的热处理温度、热处理时间、水热法的晶层厚度的不同等。

2 结束语

通过控制水热法、溶剂热法等方法的反应条件，可以制备不同形貌的TiO2，但是实验中的一些问题有待解决：实验中的形貌一致性不高，同样条件会出现不同形貌，更好地控制实验影响因素将是今后控制TiO2形貌的重要研究方向。

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Morphology Control of Synthesized TiO2

,,,,,

（School of Chemical & Environmental Engineering, Liaoning University of Technology, Liaoning Jinzhou 121000, China）

TiO2morphology, synthesis methods and influence factors wereanalyzed and summarized. Typical TiO2morphology includes sphere, micro-sphere, hollow sphere, flower-shaped, nano-fiber, nano-tubular, sheet-shaped, rod-shaped, and so on. TiO2synthesis methods include hydrothermal synthesis, solvothermal process, hydrolysis, sol-gel, and reaction furnace thermal cracking method. The key factors for final morphology of synthesized TiO2include reaction temperature, pH, different solvents, certain ions and other factors.

morphology; TiO2; synthesis

辽宁工业大学2019年大学生创新创业训练计划，项目号：201910154029。

2019-12-16

宫子钰（1998-），男，辽宁省大连市人。

郑黎明（1981-），男，满族，讲师，博士，研究方向: 环境材料、环境监测。

O614.41+1

A

1004-0935（2020）04-0358-03