简析二氧化钛纳米线的制备及其光学性能研究

　　纳米级二氧化钛是当前纳米材料科学研究的重点和热点，由于其微粒尺寸小、比表面积大，加上表面原子数、表面能和表面张力随粒径的下降急剧增大，表现出许多不同于常规材料的新奇特性。在环境治理、光解水等领域显示出广阔的应用前景。
　　纳米TiO2的制备方法很多，有气相氧化法、水热法和溶胶凝胶（solge1）法等，但这些方法大都成本高，难于推广普及。因此，研究开发廉价、工艺简单的制备方法，来获得高性能的纳米TiO2是现今制备纳米TiO2技术所追求的主要目标。
　　1试验部分
　　1。1原材料
　　盐酸（37），分析纯，莱阳经济技术开发区精细化工厂；NaOH，分析纯，济南凯特精细化工有限公司；甲基橙，CP级，市售；TiO2粉体，工业品，自制。
　　1。2二氧化钛纳米线的制备
　　先将NaOH配制成浓度为10moldm3的溶液60ml，自制的TiO2粉体0。5g和一种特殊的有机溶剂3ml按一定的质量比例混合均匀，电磁搅拌4h后，将得到的白色悬浊液加入高压釜中，在烘箱中升温至150180，恒温水热处理3050h。水热反应完毕后，随炉冷却，在室温下将白色沉淀物用去离子水反复洗涤至中性状态，然后再超声分散，最后将产物在70烘干，所得粉体即为TiO2纳米线样品。
　　1。3二氧化钛形貌的表征
　　将待测样品喷金后用FEIQuanta200（FEICompany）型号的扫描电镜进行形貌观察。
　　1。4XRD表征
　　将待测粉末样品用XpentPro（PanalyfiealCompany）型号的衍射仪进行XRD表征。
　　1。5光学性能表征
　　光学性能的测试实验主要用LambdaBIO40型紫外光谱、光谱辐射分析仪（SPR920D）等仪器来进行样品紫外吸收性能和光致发光性能的分析。
　　1。6光降解试验
　　配制浓度为20mgL的甲基橙溶液若干，分成两份，在相同条件下，分别加入TiO2原料粉和制备的TiO2纳米线粉末各10gL，置于太阳光的照射下，每隔0。5h测试其对甲基橙的脱色效果。
　　2结果与讨论
　　2。1扫描电镜分析
　　结合图1、图2可见，水热处理前基本呈现粒状形貌，而水热处理后呈明显的线状。此形貌明显体现出高的比表面积，对构筑超敏感的化学传感器、改善有机无机杂化太阳能电池的效率、提高光催化、光降解的效率等将是有益的。
　　2。2XRD分析
　　许多文献报道，在对TiO2水热处理调控其形貌的过程中需对其进行热处理，以使其晶型转化。我们参照文献的要求事先也进行了热处理（6002h）。
　　2。3光学性能分析
　　紫外吸收和光致发光图谱的测试在室温下进行。从中可见，TiO2纳米线的光学吸收带边大约在380nm，在380200nm之间的紫外光区域有强的吸收带，与TiO2原料粉体相比，TiO2纳米线的光学吸收带边的改变非常微小。在图中还可看出TiO2纳米线的吸收带相对于TiO2原料粉体展现出蓝移现象，这与半导体纳米微粒所表现的趋势相同。TiO2半导体的导带主要由Ti3d电子态组成，价带由O2p电子态组成，锐钛矿型TiO2的带隙值为3。2eV，与之对应的自由激子的吸收带边始于387nm〔1〕。锐钛矿型的TiO2纳米线比原料TiO2在紫外波段的吸收作用增强。
　　2。4光降解分析
　　为了研究TiO2纳米线的光催化作用，对比了TiO2纳米线与TiO2原料粉降解甲基橙的能力。随光照时间的延长，二者对甲基橙溶液都有明显的脱色效果，但纳米线显示出较强的脱色率。最终的实验结果如图6所示，原料降解后溶液的吸光度在波长段600800nm为0。4左右，而纳米线降解后的溶液吸光度却几乎是其3倍，达到约1。15。在图6a）中560600nm处曲线突然尖锐，说明此波段有较高的催化效果，但其原因还不明确。
　　3结论
　　（1）用简单易行的水热法制备了高比表面积的TiO2纳米线，其晶型为锐钛矿型，长度可达几微米以上；
　　（2）其紫外吸收光谱相对于原料粉呈现出蓝移现象。TiO2纳米线的光致发光谱也显示出蓝移现象，在可见光区的发光强度明显增强；
　　（3）TiO2纳米线在降解甲基橙方面有较强的降解率，说明其具有较高的光催化性能。其原因是纳米线为锐钛矿型，且具有大的比表面积和较多晶体缺陷。