负载二氧化钛复合材料的制备及性能研究2

负载二氧化钛复合材料的制备及性能研究进展14.4防雾自清洁因为在光照的条件二氧化钛薄膜具有超亲水性，所以二氧化钛薄膜具有防雾功能。若在后视镜上涂上一层二氧化钛薄膜，即使空气中的水分或水蒸气凝结，在后视镜上也不可能凝结成一滴水，但水膜会均匀分布在表面，表面并不会产生导致散光散射的雾。当过雨时，雨会附着在薄膜上均匀迅速扩散，不形成分散的水滴影响视线，使镜面保持原来的亮度提高交通安全。由于纳米二氧化钛的超亲水性，其表面很难形成液滴，可见二氧化钛在可见光照射下可氧化降解碳氢化合物。这种技术效应可以在玻璃、陶瓷和瓷砖的表面上应用，在它们的表面涂覆一层纳米二氧化钛薄膜，二氧化钛光催化的使用可以吸附在表面的有机污染物分解为二氧化碳和水，而雨水可以冲刷掉其余的无机材料，为了实现自洁功能。日本东京大学的研究人员已经成功制备出一种自清洁瓷砖。在这款新型瓷砖上应用了稀土技术，以特殊工艺将TiO2喷涂在该瓷砖表面，由于二氧化钛同时具有亲水性和厌油性，所以它对水的物理化学吸附力要远大于油，可以非常容易地清除附于其上的油污，不用使用去污剂，也不需要擦洗，只要用水冲洗一下就可以冲走有无。在紫外线照射下TiO2还会发生光化学反应，生成一种“活性氧”，这种活性氧有分解有机物的功效，利用它的这种功可以短时间内将瓷砖表面的污物清理干净，杀死细菌。该材料不仅仅应用于瓷砖也可以当作涂料来使用，对处理一些难以擦除的污点特别有效。如果在建筑物的墙上涂覆该涂料，将很难产生污点，即使产生污点，一场大雨就可以将污点清除。4.5染料敏化太阳能电池太阳能是一种可以再生的清洁能源，并且可以被人类广泛使用，因此要合理有效的利用太阳能，而太阳能发电则是利用太阳能的主要形式之一。半导体太阳能电池是一种可以把太阳能直接转换为电能的器件，而且该器件具有效率高、使用寿命长、重量轻、性能稳定可靠、使用方便等优点，具有很高的应用效果。其中的典型代表有基于纳米二氧化钛半导体电极材料的染料/量子点敏化太阳能电池。染料敏化太阳能电池的探究可以追溯到第十九世纪初的照相术。1837、达盖尔制造了世界上第一张照片。两年后，FoxTalbot用卤化银制作相片，但由于卤化银晶体的禁带宽度较大，对长波长可见光没有反应，所以照片的质量并没有多少提高。1883年德国光电化学专家Vogel发现有机染料在卤化银乳剂对较长的波长敏感，这是最早的报道影响染料敏化。有机染料分子扩大了使用的银金感光胶片，使其可见光响应红光和红外波段，这使得“全色”光谱的黑白胶片和现在的彩色胶片成为可能。1887年Moser将染料敏化效应应用于卤化银电极，将染料敏化的概念从摄影领域延伸到光电化学的领域。1964、Namba和Hishiki发现同一染料无论是对照相术还是对光电化学都是非常有效的。在染料敏化领负载二氧化钛复合材料的制备及性能研究进展2域这是一个重要的事件，但在这个时候不能确定它的机制，即难以确定到底是是通过电子转移或通过能量转移来实现敏化到底的。直到上世纪六十年代，德国Tributsch发现染料吸附在半导体上得时候在一定条件下会产生电流，使人们意识到在基态跃迁到激发态后，注入半导体光电子转移导带电子从染料光制成的根这一现象的原因。这一发现为光电化学电池的研究奠定了基础。但因为当时的光电化学电池采用密集的半导体薄膜、染料在膜表面的单分子层吸附，和单一染料只能吸收很少的阳光，多层染料和阻碍电子转移，使光电转换效率很低，达不到应用水平。后来它是由分散的粒子或大的表面积的电极，以增加吸附量的染料，但并没有取得很好的效果。1988年Gratzel小组钌染料敏化的表面粗糙度的因素的基础上，对粗糙因子为200的多晶氧化物TiO2薄膜，用Br2/Br电化学氧化制造出了太阳能电池，对单色光有12%的转换效率，这在当时是最好的结果。1991年O'Regan等人[75]使用纳米多孔TiO2薄膜为光阳极，在可见光的表面吸附层具有较强的可将吸收能力、能级水平和TiO2匹配的染料，TiO2染料分子吸收可见光导致染料敏化，TiO2染料太阳光的吸收和光诱导电荷转移到TiO2导带，可以实现有效的电荷分离，已发展到如过渡金属Ru配合物染料的纳米晶膜TiO2太阳能电池，光电转换效率达到7.9%～7.1，光电流密度高达12。由于成本低，制备工艺简单，性能稳定，而且无毒，这种太阳能电池已引起各国研究人员的广泛关注。染料光敏化TiO2的制备一般涉及三个基本过程:1)将相匹配的染料吸附在纳米多孔二氧化钛表面;2)吸附态染料分子光照下被光子激发;3)激发态的染料分子反应产生电子并注入到半导体的导带上。由上述条件可知，要获得有效的敏化至少要满足：染料要能吸附在TiO2表而上以及所用染料激发态的电位与半导体导带的电位相匹配。染料敏化太阳能电池的工作原理如图4所示。(1)在太阳光照射条件下染料分子由基态跃迁至激发态;(2)激发态的染料分子将电子注入到与之相匹配半导体的导带；(3)电子由染料分子至导带再到导电基底最后流入外电路中;(4)注入导带的电子与氧化态染料复合:(5)注入TiO2导带的电子与氧化态的电解质复合;(6)氧化态的电解质接收电子后被还原;(7)还原态的电解质将氧化态的染料还原再生。2007年，Shankar等人[76]在钛片上研究制得长度有220um而且高度有序二氧化钛纳米管阵列，并组装成被射式DSSC，实验研究表明DSSC光电转换效率达到6.89%。2011年，中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室材料表/界面研究组在《JournalofMaterialsChemistry》上发表了有关TiO2纳米管研究的亮点，这篇文章成为该杂志2011年5月阅读次数最多的文章之一。这篇评述文章是对目前TiO2纳米管基太阳能负载二氧化钛复合材料的制备及性能研究进展3电池研究工作全面性的总结，详细综述了：TiO2纳米管（用于制备高性能太阳能电池）的制备、优化TiO2纳米管太阳能电池结构、太阳能电池的应用及发展前景。4.6隐形材料红外和雷达的小粒子的发射率是较大的比表面积较大的，可以吸收部分的红外和雷达波，从而降低反射波和红外线，减少反射信号，达到隐身的目的，目前已被用于军事领域。4.7化妆品紫外线是一种阳光中对人体有害的光波。过多的紫外线照射，皮肤会产生红斑、色素沉着，皮肤老化，严重会导致皮肤癌。近年来，随着人们对紫外线的认识的提高和健康意识的增强，防晒化妆品的开发和应用已逐渐成为一个热门的研究课题。但在过去的防晒霜一般就是对二苯酮、邻氨基苯甲酸、水杨酸酯、对氨基甲酸等有机化合物，不稳定，寿命短，且副作用大，有一定的毒性和刺激性。如果你加的太多，会产生化学过敏，甚至可能导致皮肤癌。TiO2具有紫外光吸收和良好的化学稳定性、热稳定性、无毒性和某些特性。超细TiO2由于颗粒尺寸较小（透明），更活跃，更强烈的紫外线吸收。此外，它还具有良好的消色力、遮盖力、清晰的色调、较低的耐磨性和良好的分散性，TiO2是化妆品中应用最广泛的无机材料。纳米TiO2是透明的，可以阻挡紫外线，通过可见光同时又有优良的安全性，这是一般化妆品原料没有的很多优秀功能，作为优秀的防晒剂，用于防晒化妆品系列化妆品。由于纳米TiO2是透明的，可以穿透可见光，它也可以用来创建一个透明的皮肤护理霜，这款面霜霜体细腻，具有天然的皮肤感觉，色泽自然，克服了有机物和一些染料级别的TiO2不透明，使皮肤显得苍白不自然的缺点。由TiO2在化妆品中的不同作用，可以用不同质量的TiO2。因为二氧化钛具有白度和不透明度这两个性质，因此化妆品的颜色范围可以非常广泛，作为一个白色的添加剂，一般使用锐钛矿型TiO2。从折射率来看，金红石为2.7，锐钛矿为2.3。因此，金红石型紫外光散射能力较强，吸收力较弱。从稳定性、增强的屏蔽效应和降低光催化活性，减少光角度的危害，在化妆品中应采用金红石型TiO2。化妆品对TiO2的纯度要求高，对有害杂质含量的要求很严格4.8抗菌剂抗菌剂一般都是有机物质，这些抗菌剂广泛用于食品、洗涤剂、纺织品以及化妆品。但他们有耐热性差的缺点，易挥发，容易分解产生有害物质，安全性差等。为此，我们积负载二氧化钛复合材料的制备及性能研究进展4极开发和研究了一些无机抗菌剂，其中就有超微细二氧化钛。产品的制作中需添加一定量的抗菌剂，因此选择抗菌剂必须遵循以下原则:(1)对人体安全无毒，对皮肤没有刺激性;(2)抗菌能力强，抗菌范围广;(3)无臭味、怪味，外观颜色要浅;(4)热稳定性好，高温下不变色、不分解、不挥发、不变质;(5)价格便宜，来源容易等。纳米二氧化钛是是由无机成分组成，无毒，无味，无刺激性，良好的热稳定性和耐热性，本身是白色的，完全符合上述原则。目前，具有优异的抗菌性的纳米二氧化钛已经成为研究和开发的热点之一。纳米二氧化钛广泛应用于抗菌水处理装置、食品包装、日用品（抗菌地板，抗菌陶瓷卫生设施），抗菌餐具和砧板，抗菌地毯、抗菌砂浆、抗菌涂料、抗菌不锈钢板、抗菌冰箱等生产，医用敷料和医疗设备，以及其他耐用消费品。余济美[78]发明了一种制备高光活性高杀菌性的介孔大孔二氧化钛薄膜的方法，特别是对鱼缸水杀菌的光活化介孔二氧化钛薄膜的制备方法及其应用。本发明还涉及海水、自来水或其他水净化、杀菌和净化技术。该方法包括制备二氧化钛薄膜和薄膜的孔径大小的控制。在普通玻璃、石英玻璃、硼硅玻璃、不锈钢、陶瓷基板的基底以溶胶-凝胶法制备介孔TiO2薄膜。将造孔剂（或模板）加入到介孔TiO2薄膜的制备中。成孔剂是一种双亲性三嵌段共聚物复合物，通过调节共聚物的平均分子量和共聚物的加入量，可以调节薄膜的孔径和分布。将TiO2薄膜制成介孔薄膜，其杀菌活性和光催化活性可提高约1倍。4.8汽车涂料在国外的无机纳米材料在豪华轿车面漆的成功典范：当你在路上看到一辆车接近时先是紫色，慢慢接近，它会变成红色，从前面的你，它是黑色的，然后变成绿色，最后当它远离，并进入玻璃膜的颜色。这是所谓的彩色车。变色的汽车涂料，并不是一个真正的变化，但从不同角度来看是不一样的车身颜色。核心技术是一种新型的纳米汽车涂料。添加纳米TiO2与铝粉混合颜料或纳米TiO2包覆云母珠光颜料在油漆和涂料可以产生神秘而富有变幻的随角异色效应，主要是因为光当入射光射到纳米TiO2粒子，由于其分子尺寸小，蓝色光会发生强烈的散射，结果得到摆脱蓝绿光和红光被铝反射成为正反射光，散射光为蓝相，反射光是黄相强光（金），以不同的角度看到不同的色相。纳米TiO2的晶粒还有金属光泽效果，珠光效果，闪光效果增色效应，使得我们看到的汽车表面似乎是珍珠闪闪发光，给有深度感和层次感的人。BASF公司的汽车配色专家SolPanush首次将纳米二氧化钛用于金属色轿车面漆，并于1985年申请了专利。1989年，美国福特公司首次生产出用纳米二氧化钛配制的金属闪光面漆涂装的“变色”轿车，到1991年世界上已有11种含有纳米二氧化钛的轿车金属闪光面漆问世。目前，世界上己有福特、克莱斯勒、丰田、马自达等著名汽车制造公司使用负载二氧化钛复合材料的制备及性能研究进展5含纳米二氧化钛的轿车金属闪光面漆。5稀土元素钕负载二氧化钛复合材料的研究5.1样品的制备5.1.2实验设备(1)溶胶的制备将四氯化钛溶液滴入无水乙醇和乙酰乙酸乙酯的混合液中，在冰浴状态下逐滴滴加环氧丙烷，然后再加入掺杂剂硝酸铈，制成溶液A；将间苯二酚加入搅拌中的无水乙醇和糠醛混合溶液中，充分搅拌溶解后制成溶液B；在冰浴状态和搅拌下将溶液B逐滴地加入到溶液A中，继续搅拌后得到溶胶；其中所述的溶胶中硝酸铈占无水乙醇、间苯二酚、糠醛、环氧丙烷和乙酰乙酸乙酯的总质量分数的0.04~0.2%；其中四氯化钛占无水乙醇、间苯二酚、糠醛、环氧丙烷和乙酰乙酸乙酯的总质量分数的9.02%；其中环氧丙烷的量按四氯化钛与环氧丙烷的摩尔比，即四氯化钛：环氧丙烷为6；其中糠醛和间苯二酚的质量占无水乙醇、间苯二酚、糠醛、环氧丙烷、和乙酰乙酸乙酯的总质量百分比为10%，且糠醛与间苯二酚的摩尔比，即糠醛：间苯二酚为2：1；其中乙酰乙酸乙酯的量按四氯化钛与乙酰乙酸乙酯的摩尔比计算，即乙酰乙酸乙酯：