纳米二氧化钛的制备及应用

纳米二氧化钛的制备及应用

摘要：本文对制备纳米二氧化钛的多种方法进行介绍，阐述了纳米二氧化钛的电学、物理学、化学等方面的特性及应用前景。

引言：自1972年，A.Fujishima等发现受辐射的TiO2表面能发生对水的持续氧化、还原以来，纳米TiO2在降解有机物、杀菌、催化等方面的应用不断引起人们的关注和研究，其前景一片光明。

一、纳米二氧化钛的制备

二氧化钛纳米材料的制备方法分为：物理法和化学法。

物理方法：采用高能消耗的方式，“强制”材料“细化”得到纳米材料。且常用有构筑法（气相沉积法等）和粉碎法（高能球磨法等）。物理法制备纳米材料的优点是产品纯度较高，缺点是产量低、设备投入大。

化学方法：制备纳米二氧化钛的化学方法较多，目前主要的几种方法包括化学气相沉积法、气相水解法、气相沉淀法、高温水解法、溶胶-凝胶法和微乳液法等。

1、化学气相沉积法：

气相法的原理是将钛的无机盐（如TiCl4、TiOSO4）或有机醇盐在气相与O2发生氧化反应或与水蒸气发生水解法应或钛的醇盐发生热裂解从而得到纳米级的二氧化钛粒子主要法应如下：

Ti（OR）4+2H2O→TiO2+4ROH

Ti（OR）4→TiO2+CnH2n+H2O

TiCl4+O2→TiO2+2Cl2

用高纯氮气作为在其和惰性气体，通过TlCl4和H2O的汽化器，混合气进入反应器，产物TiO2粒子用膜过滤收集，膜孔径为0.1微米。得到TiO2粒子为球形未经热处理前为锐泰矿型，950摄氏度热处理后变为金红石型。TiO2粒径随反应温度升高而迅速减小，随TiCl4分压的增加而变大，随O2分压增加而减小。

2、气相水解法

高纯氮气分四路进入反应器，一路进入Ti(OR)4气化器，携带Ti(OR)4蒸汽从中心喷管进入主反应器；一路通过水气化器将水蒸气带入反应器中部；另两路分别进入反应器稀释饱和气流。反应器分为两段，一段为混合段，另一段是水解反应段。所得TiO2为球形多空粒子，粒径偏大。温度低于420摄氏度是为非晶，粒径206纳米，温度高于420摄氏度时，非晶转变为锐泰矿型。

此方法的优点是连续化程度高，适用于大规模生产；缺点是对设备及技术要求高，纯度不高。

3、液相沉淀法

（1）直接沉淀法

直接沉淀法合成纳米TiO2粉体，一般以TiCl4或者Ti(OC4H9)4等为原料与试剂，而采用表面活性剂有羟丙基纤维素、三乙胺羟基丙烯酸纤维素、三醇硅烷、聚乙二酸（PEG）、聚乙烯酸（PVA）、TritonX-100和琥珀酸二异辛酯磺酸钠（AOT）等。一般化学反应过程为：

TiCl4/Ti(OC4H9)4→ Ti(OH)4→ TiO2

反应过程中间都有生成无定形的Ti(OH)4过程，其关键即使Ti(OH)4防止缩合产生的硬团聚。

（2）均相沉淀法

均相沉淀法是利用某一化学反应使溶液中的构晶离子由溶液缓慢均匀地释放出来，在该法中加入沉淀剂不立刻与被沉淀物质发生反应，而是通过化学反应使沉淀剂在整个溶液中缓慢发生。该法得到的产品颗粒均匀、致密、便于过滤洗涤，是目前工业化看好的一种方法。

4、溶胶-凝胶法

溶胶指胶态颗粒在液相体系中形成的稳定分散系，凝胶指由液相介质获得的形状稳定的三维互联的多孔固体网络体系。

制备纳米二氧化钛时先将钛的醇盐溶解于有机溶剂，通过加入蒸馏水，使醇盐水解形成溶胶，溶胶凝化处理后得到凝胶，再经干燥和煅烧即得到超细粉体。根据现阶段研究表明，适当地控制溶液pH、溶液浓度、反应温度和反应时间可以制备出小至纳米的超细粉体。

此方法的优点是反应条件温和，成分容易控制，设备工艺简单且纯度较高，缺点是原材料价格昂贵，凝胶颗粒之间烧结性差，产物干燥时收缩大。

5、高温水解法

水热法合成法是制备纳米单晶和高性能金属化学物分体的先进方法之一。一般是在密闭体系中，以水为溶剂在较高温度和压力下，让原始混合物进行反应。通常是在高压釜内进行，加热温度一般高于100摄氏度，压力大于101.3千帕。 高温水解法的优点在于可直接生成多种晶型的二氧化钛而无需热处理，避免了一般液相合成方法经过煅烧转化成氧化物这一步骤，从而极大地减少了硬团聚的形成，并且制得的二氧化钛晶粒发育完整、原始粒径小、分布均匀、颗粒团聚较小，但对设备要求较高。

6、微乳液法

微乳液指的是在表面活性剂的作用下，将水相高度分散在油相中或将油相分散在水相中形成的热力学稳定体系。其中的小水滴或小油滴就是良好的微型反应容器。利用这些微乳液反应可得到无定型的TiO2。由于微乳液的尺寸限制，使生成的二氧化钛能够达到纳米级别。

二、纳米二氧化钛的应用

目前随着纳米二氧化钛研究的深入，其应用范围越来越广，主要包括以下三个领域：光催化、光伏电池及光解水。

1、 光催化

纳米二氧化钛吸收一定波长的光子后，电子受到激发引导从而形成空穴对，溶液中吸附在二氧化钛表面的水分子与空穴对作用生成氢氧自由基。氢氧自由基具有极强的氧化能力，从而氧化溶液中的各种物质为无毒的氧化物。

从纳米二氧化钛的光催化机理可以看出它具有清洁无污染及效果理想的优点，在处理工农业污染物方面具有不可替代的优越性。涂有纳米二氧化钛涂料玻璃还具有自清洁和防雾的特点。

2、 光伏电池

基于纳米二氧化钛晶体电极的光伏电池，尤其是染料敏化纳米晶体太阳能电池(简称DSSC)得到了广泛的研究，DSSC系统的中心是多孔的纳米二氧化钛薄膜，其表面是负责电子转移的单层染料，薄膜放入氧化还原电解液，激发染料将电子注入到TiO2的导带中，再传导到外部电路驱动负载，随后通过电解液提供电子使染料恢复初始状态。通常电解液含有氧化还原系统，像碘化物/三碘化合物组合，碘化物阻止被氧化的染料夺回导带电子，从而使感光剂得以再生，通过还原电对，电极上的三碘化合物得以再生，通过外部负载的电子迁移完成了整个电路系统。

3、 光解水

当TiO2吸收光的能量大于帯隙能时，导带和价带中分别产生电子和空穴、光生电子和空穴导致氧化还原反应，水分子被电子还原为H2，被空穴氧化为O2，从而使水分解。

用纳米二氧化钛光解水制H2和O2为人类进入清洁和经济能源社会提供了巨大机遇。纯纳米二氧化钛光解水需要外加紫外线照射，因此应用受到很大限制。目前各国学者都在

致力于纳米二氧化钛的改性，力争是其在可见光下就能有效的分解水。

三、展望

随着各国相关研究的的不断深入，纳米二氧化钛作为纳米领域的新星，必将对人类社会产生重大影响！

参考资料：

[1]李玲，向航著.纳米体系状态分类[M].化学工业出版社.2021 ,(7):42~43.

[2]Modestov D,LlevO,J.Photochem.Photobio,A:Chem.1988,112:261~270.

[3]李玲，向航著.直接液相沉淀法合成纳米TiO2粉体[M].化学工业出版社.2021 ,(7):116.

[4]郑珊，张青红著.反应釜中反应以及溶胶-凝胶法的定义及步骤[M].北京.化学工业出版社.2021 ,(12): 87~88.

[5]李玲，向航著.水热合成法优点[M].化学工业出版社.2021 ,(7):49.

[6]Nagase T.Ebina T.Iwasaki.J.etal.Chem.Lett.2021,911~912.

[7]Zheng Y.Shi E.Cui S.etal.J.Ceram.Soc.2021 ,83:2634~2636.

[8]水解法制备纳米TiO2粉体[J/OL]. 中国化工信息网.2021 ,2.

[9]王勇,张艳,赵亚伟,朱旭辉,徐宝龙.微乳液法和气相法制备纳米TiO2粉体[J].化学研究.2021,21(2).94~95.

[10]Nagayama H.Honda H.Kawahara

H.J.Electro-Chem.Soc.2021,135(8),2021~2021.

[11]王晓萍,于云,胡行方.液相沉淀法制TiO2薄膜[J].无机材料化学报.2021 ,15(30).573~576.

[12]郑珊,张青红著.溶胶-凝胶法制TiO2薄膜[M].北京.化学工业出版社.2021 ,(12):161.

[13]王勇,张艳,赵亚伟,朱旭辉,徐宝龙.纳米TiO2的应用[J].化学研究.2021,21(2).96~98.

论大学生写作能力

写作能力是对自己所积累的信息进行选择、提取、加工、改造并将之形成为书面文字的能力。积累是写作的基础，积累越厚实，写作就越有基础，文章就能根深叶茂开奇葩。没有积累，胸无点墨，怎么也不会写出作文来的。写作能力是每个大学生必须具备的能力。从目前高校整体情况上看，大学生的写作能力较为欠缺。

一、大学生应用文写作能力的定义

那么，大学生的写作能力究竟是指什么呢？叶圣陶先生曾经说过，“大学毕业生不一定能写小说诗歌，但是一定要写工作和生活中实用的文章，而且非写得既通顺又扎实不可。” 对于大学生的写作能力应包含什么，可能有多种理解，但从叶圣陶先生的谈话中，我认为：大学生写作能力应包括应用写作能力和文学写作能力，而前者是必须的，后者是“不一定”要具备，能具备则更好。众所周知，对于大学生来说，是要写毕业论文的，我认为写作论文的能力可以包含在应用写作能力之中。大学生写作能力的体现，也往往是在撰写毕业论文中集中体现出来的。本科毕业论文无论是对于学生个人还是对于院系和学校来说，都是十分重要的。如何提高本科毕业论文的质量和水平，就成为教育行政部门和高校都很重视的一个重要课题。如何提高大学生的写作能力的问题必须得到社会的广泛关注，并且提出对策去实施解决。

二、造成大学生应用文写作困境的原因：

（一）大学写作课开设结构不合理。

就目前中国多数高校的学科设置来看，除了中文专业会系统开设写作的系列课程外，

其他专业的学生都只开设了普及性的《大学语文》课。学生写作能力的提高是一项艰巨复杂的任务，而我们的课程设置仅把这一任务交给了大学语文教师，可大学语文教师既要在有限课时时间内普及相关经典名著知识，又要适度提高学生的鉴赏能力，且要教会学生写作规律并提高写作能力，任务之重实难完成。

（二）对实用写作的普遍性不重视。

“大学语文”教育已经被严重地“边缘化”。目前对中国语文的态度淡漠，而是呈现出全民学英语的大好势头。中小学如此，大学更是如此。对我们的母语中国语文，在大学反而被漠视，没有相关的课程的设置，没有系统的学习实践训练。这其实是国人的一种偏见。应用写作有它自身的规律和方法。一个人学问很大，会写小说、诗歌、戏剧等，但如果不晓得应用文写作的特点和方法，他就写不好应用文。

（三）部分大学生学习态度不端正。

很多非中文专业的大学生对写作的学习和训练都只是集中在《大学语文》这一门课上，大部分学生只愿意被动地接受大学语文老师所讲授的文学经典故事，而对于需要学生动手动脑去写的作文，却是尽可能应付差事，这样势必不能让大学生的写作水平有所提高。

（四）教师的实践性教学不强。

学生写作能力的提高是一项艰巨复杂的任务，但在教学中有不少教师过多注重理论知识，实践性教学环节却往往被忽视。理论讲了一大堆，但是实践却几乎没有，训练也少得可怜。阅读与写作都需要很强的实践操作，学习理论固然必不可少，但是阅读方法和写作技巧的掌握才是最重要的。

由于以上的原因，我们的大学生的写作水平着实令人堪忧，那么如何走出这一困境，笔者提出一些建议，希望能对大学生写作水平的提高有所帮助。

三、提高大学生应用写作能力的对策

（一）把《应用写作》课设置为大学生的必修课。

在中国的每一所大学，《应用写作》应该成为大学生的必修课。因为在这个被某些人形容为实用主义、功利主义甚嚣尘上的时代，也是个人生存竞争最激烈的时代，人们比任何时代都更需要学会写作实用性的文章，比如职场竞争中的求职信，生活中的财经文书、法律文书等，以提高个人的生存竞争能力。

（二）端正大学生的学习态度。

首先，要让大学生充分认识到实用写作课的重要性，这门课关乎到他人生的每一个方面，诸如就职，求爱，理财，人际交往等，是他终生都需要使用的一些基础性的知识，也是他必备的一项生存技能。其次，实用写作有它自身的规律和方法。它不是你想怎样写都行的，它有严格的格式性的要求，所以需要系统的研究学习。最后，实用写作课的实践性非常强，所以学生们不能只学不练，并且要克服手懒的坏习惯，勤学勤练，为今后的工作生活打好基础。

（三）注重实践课的训练。

要提高大学生的实用写作能力，那么实践写作环节是必不可少的。要想使学员真正具备实用写作能力，必须重视实用写作训练，力求使理论讲授与写作训练互相紧扣进行。教

师在授课过程中，应该把理论教学的部分适当压缩，把更多的时间用来实践训练。在训练之前，可以通过对优秀案例的精讲分析，让学生掌握基本的写作规律，然后趁热打铁，让学生立即开始写作训练，最后通过大家互评，教师点评的方式，起到举一反三的作用，让学生知道应该如何写，还要写出来，并且知道写得怎么样。此外，在教学上，教师也可以与学生一起探讨如何学习，如《实用写作》这门课程，如何上，怎样上，都可以让学生参与进来，让学生编制一些案例，在课堂上与大家分享，一起讨论。这样，一方面调动大家的学习热情，另一方面，又提高他们综合分析能力。学生只有在实践中才能真正掌握和把握实用写作的技巧和方法。

（四）大学写作教师要加强自身能力的提高。

要提高大学生的实用写作能力，那么作为教练员的大学写作教师就应该具备更高的实用写作能力。大学写作教师不仅要有深厚的文学功底和理论研习能力，还要对实用文的各种文体都能写作自如，此外还要懂得如何把自己的经验传授给学生，让学生学以致用。因此，大学写作教师也要做好自身的继续学习，认真备好这门课，积极参与到写作实践训练中，积累教学和实践经验，在教与学及与学生互动中使自己的能力不断提升。

四、结语

综上所述，提高大学生的实用写作能力是一项系统工程，需要所有各方的共同努力。但所有的努力都是值得的，因为，无论社会怎么发展，人们都离不开阅读与写作，特别在

信息高度发达的今天，阅读与写作已是人才最重要的技能之一。