金屬氧化物納米材料根據(jù)結(jié)構(gòu)的多樣性、形貌的豐富性、性能可調(diào)變特點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用，并為其應(yīng)用研究和基礎(chǔ)研究帶來了更為廣闊的研究空間，近幾年來，研究者們逐漸發(fā)展了很多方法，對(duì)金屬氧化物的世界進(jìn)行了在探究和創(chuàng)造，其中的高效、簡單的調(diào)控金屬氧化物納米材料形貌的方法逐漸的被發(fā)掘出來，納米介孔材料的制備科學(xué)，在現(xiàn)今的納米材料科學(xué)研究中占據(jù)著非常重要的地位。納米介孔材料的合成與制備主要包括:塊體以及薄膜材料和顆粒的制備;新的材料制備過程以及新的材料制備工藝的研究與控制，對(duì)納米材料的性能和微觀結(jié)構(gòu)有著十分重要影響。基于這個(gè)前提，對(duì)于介孔二氧化鈦功能納米材料的合成與應(yīng)用的探究與分析就顯得尤為具有必要性。

1 綜合性理論研究

1.1 介孔二氧化鈦概述

介孔材料由于孔徑均一以及豐富的形貌的特點(diǎn)，在催化和吸附領(lǐng)域得到較為廣泛應(yīng)用。相關(guān)研究中，研究者利用陽離子型季銨鹽表面活性劑作為為模板劑，合成了出了M41S系列的介孔材料。在M41S系列介孔材料中，層狀結(jié)構(gòu)(MCM-50)和立方相(MCM-41、MCM-48)都是較為典型的介觀結(jié)構(gòu)。本文查找有關(guān)文獻(xiàn)對(duì)這些材料的所屬晶系以及孔道結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了了解，發(fā)現(xiàn)了一類如MSU、HMS以及KIT等低有序的介孔材料，它們的分子或者原子結(jié)構(gòu)特征都是是均一的孔徑，孔壁組成為無定型，而且孔道排列呈現(xiàn)出一定程度的無序性，然而，這些介孔材料的一維孔道在彼此交叉的過程中，呈現(xiàn)出了具有一定規(guī)則的三維立體交叉排列的蠕蟲狀孔道結(jié)構(gòu)，這樣一來客體分子就更加方便的在其孔道內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)散，介孔二氧化鈦的孔壁晶化更加方便，在晶化的過程中會(huì)導(dǎo)致二氧化鈦介孔的有序性不斷地降低，甚至完全坍塌。所以，同時(shí)兼?zhèn)滗J鈦礦相孔壁和有序介孔孔道的穩(wěn)定性質(zhì)的介孔二氧化鈦，才是現(xiàn)今研究、應(yīng)用最理想的催化劑[1]。

2 介孔二氧化鈦功能納米材料的研究意義

首先，由于介孔二氧化鈦具有高比表面積，發(fā)達(dá)有序的孔道結(jié)構(gòu)，而且，孔徑尺寸在一定條件下是可以協(xié)調(diào)的，主要是它的表面易于改性等特點(diǎn)，可以有效的促進(jìn)二氧化鈦的光催化，以及光電轉(zhuǎn)換等功能得以實(shí)現(xiàn)，研究這一材料可以有效的提高我國的航天和生物材料、空氣凈化等領(lǐng)域的技術(shù)，使我國在這些領(lǐng)域取得巨大的突破，這一材料的研究成果可以應(yīng)用到生活的方方面面，從而一定程度上提高了人們生活的品質(zhì)，使得人們的生活更加便利[3]。

其次，國內(nèi)專家對(duì)介孔二氧化鈦功能納米材料的研究可以進(jìn)一步提升在世界該類研究領(lǐng)域的地位，為以后的技術(shù)發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)，彌補(bǔ)世界研究領(lǐng)域的缺憾。另外，應(yīng)該注意總結(jié)和解決制備材料中的科學(xué)問題，例如如何控制納米材料顆粒尺寸、顆粒尺寸分布、團(tuán)聚和解團(tuán)聚等問題的解決和控制，這對(duì)于獲得高質(zhì)量的納米材料和納米固體有一定的指導(dǎo)意義。

3 方法研究

3.1 介孔二氧化鈦方法研究

因?yàn)槎趸佋诓牧峡茖W(xué)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值，目前最主要的研究方法是水熱法、溶劑熱法、模板法、溶膠凝膠法等合成方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)二氧化鈦結(jié)構(gòu)與形態(tài)的控制[4]。

3.1.1 水熱分解法

主要是采用兩步水熱法合成二氧化鈦介孔球，首先是反應(yīng)過程中將乙酸鈦與乙二醇混合均勻，將此混合液加到丙酮與水的混合液中得到前驅(qū)體，最后將前驅(qū)體在加熱條件下回流，即可得到二氧化鈦介孔球。在利用水熱法分解二氧化鈦介孔材料的過程中，由于含鈦的前驅(qū)體對(duì)反應(yīng)體系中的水較為敏感，從而導(dǎo)致水解速度過快，所以得到的反應(yīng)物往往是不規(guī)則的形態(tài)，從而由于顆粒的嚴(yán)重聚集，得不到分散較優(yōu)的結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上，模板法和溶劑熱法便在這種情況下出現(xiàn)。

3.1.2 模板法

模板法一般分為軟模板法和硬模板法。主要以軟模板法為例研究，采用軟模板法可以得到二氧化鈦介孔球其具體步驟是以有序的二氧化硒小球?yàn)槟０澹瑢⒛０迩譂裨诩谆┧峒柞ト芤褐?，利用HF溶液將內(nèi)部將二氧化硒小球刻蝕，剩下的聚甲基丙烯酸甲酯的網(wǎng)眼，再將聚甲基丙烯酸甲酯的網(wǎng)眼侵濕在含鈦前驅(qū)體中，最后將所得的產(chǎn)物在400攝氏度的空氣中煅燒就可以得到二氧化鈦介孔小球[5]。

利用模板法合成二氧化鈦材料，最后一步都是對(duì)模板劑的除去，利用煅燒法除去模板劑，有利于結(jié)晶性的提高，但是不利于最后的材料成型，而利用化學(xué)溶劑進(jìn)行除劑，會(huì)造成材料結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而使樣品受到污染。

3.1.3 溶劑熱法

溶劑熱法既能克服水熱法水解過快的缺點(diǎn)，也能克服模板法除去模板劑的復(fù)雜等缺陷，一般使用的溶劑主要有單一溶劑和混合溶劑兩種，在利用溶劑熱法的時(shí)候，一般是將一種或幾種的前驅(qū)體溶解在有機(jī)溶劑中，雖然這種方法相對(duì)簡單易于控制，但是前驅(qū)體在有機(jī)溶劑中的形式卻不是很樂觀。

3.2 納米二氧化鈦摻雜方法分析

二氧化鈦是紫外線光響應(yīng)的光催化劑，所以二氧化鈦對(duì)可見光的吸收相對(duì)較弱，因此制造光催化劑就變得尤為重要。目前使用較多的是對(duì)二氧化鈦材料進(jìn)行摻雜，包括金屬摻雜和非金屬摻雜、共摻雜以及貴金屬負(fù)載等，利用這種方法可以得到結(jié)晶性好、電子-空穴復(fù)合率低和具有可見光響應(yīng)的二氧化鈦。

因此利用不同的合成方法，可以得到不同形貌的二氧化鈦的材料，如納米球、納米管、納米線以及三維的微球結(jié)構(gòu)等新材料。這些新的材料被應(yīng)用到了太陽能電池和鋰離子電池、生物技術(shù)、污水處理等方面，并且取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益[6]。

3.2.1 金屬摻雜

對(duì)二氧化鈦進(jìn)行金屬摻雜，同樣可以達(dá)到減小帶隙寬度的目的。在金屬摻雜的試驗(yàn)中，摻雜后可以改進(jìn)納米晶體在非極性溶劑中的溶解度和分散性，使得二氧化鈦的材料的精密度進(jìn)一步提高，使得分解出的納米材料更好的被應(yīng)用到航空和航天類高精密度的行業(yè)中。

3.2.2 非金屬摻雜

因?yàn)槎趸伨哂休^大的帶隙能，對(duì)可見光的反應(yīng)較差，因此可以通過二氧化鈦的非金屬摻雜，讓非金屬元素參與到二氧化鈦的導(dǎo)帶的雜化中，從而可以有效的解決導(dǎo)帶和價(jià)帶之間的能量差，最終研制出可見光感應(yīng)的催化劑。

3.2.3 共摻雜

對(duì)二氧化鈦進(jìn)行單一元素的摻雜，只能在一定程度上增大二氧化鈦的價(jià)帶能或者減小其導(dǎo)帶能，從而減小二氧化鈦的帶隙寬度，最后將其改性為可見光感應(yīng)的催化劑，然后，可以同時(shí)對(duì)二氧化鈦價(jià)帶和導(dǎo)帶能進(jìn)行處理，使二氧化鈦價(jià)帶能級(jí)頂部增大，同時(shí)使其導(dǎo)帶能級(jí)底部降低，所以，對(duì)二氧化鈦進(jìn)行多種元素共摻雜的研究和探索就出現(xiàn)了。對(duì)二氧化鈦材料進(jìn)行共摻雜的研究在不斷更新，可以進(jìn)一步歸納為:金屬-金屬共摻雜，金屬-非金屬共摻雜以及非金屬-非金屬摻雜[7]。

4 介孔二氧化鈦的應(yīng)用方向

近幾年來，我國加大了對(duì)二氧化鈦技術(shù)的研究力度，介孔二氧化鈦納米材料得到了廣泛的應(yīng)用和普及，漸漸影響了人們的日常生活和工作，強(qiáng)力推動(dòng)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展步伐，其中面積體積大，孔分布廣且均勻是二氧化硅納米材料最為突出的特性，在這種研究背景下，相關(guān)的工作人員進(jìn)行了大范圍的研究活動(dòng)，并生產(chǎn)出了依附離子、鋰離子及太陽能電池，光催化劑等專業(yè)應(yīng)用技術(shù)。

4.1 光催化劑

光催化劑主要的應(yīng)用原理是電子空穴對(duì)，良好的量子運(yùn)作效率和完全無毒無害是它的主要特點(diǎn)，由于二氧化鈦具有比較高的穩(wěn)定性，針對(duì)這種物理化學(xué)特性，利用相關(guān)光子的激發(fā)，成為電子，在這個(gè)過程中當(dāng)催化劑被來自光子的能量進(jìn)行大幅度吸收時(shí)，充分利用這一部分的能量大于間隙的空間，用強(qiáng)光照射半導(dǎo)體，從而刺激其產(chǎn)生電子空穴對(duì)現(xiàn)象。這種過程的主要目的是可以自主自發(fā)的與表面吸附的物體發(fā)生還原氧化反應(yīng)，這種技術(shù)經(jīng)常被應(yīng)用在殺菌或者是殺毒方面。經(jīng)過現(xiàn)代專業(yè)的專家學(xué)者相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，二氧化鈦材料經(jīng)過相關(guān)的金屬摻雜技術(shù)的應(yīng)用和實(shí)踐，將大幅度影響可見光性的二氧化硅化學(xué)反應(yīng)。

4.2 太陽能電池技術(shù)

現(xiàn)階段，很多的介口二氧化硅納米材料在光敏性的太陽能電池方向得到了廣泛地應(yīng)用，這一部分得到了很多專家學(xué)者的關(guān)注，首先在光敏性太陽能材料的選擇上，更大的體表面積和節(jié)能上面具有有序性是其考慮選擇的前提條件，它的主要發(fā)展技術(shù)最大程度上將太陽的光能轉(zhuǎn)為電能，二氧化硅材料的好壞將直接影響其轉(zhuǎn)化率的高低，也決定了太陽能電池技術(shù)的整體水平，目前在這種應(yīng)用中，具有相互性和連通性的介孔二氧化硅薄膜最為人們普遍使用。在我國青海和寧夏等地區(qū)，利用太陽能光進(jìn)行發(fā)電，全面服務(wù)于人們的生活和工作中，保證了發(fā)電的質(zhì)量和效率，太陽能電池技術(shù)不僅僅反映了中國科學(xué)的進(jìn)步，還推動(dòng)了整體二氧化鈦納米技術(shù)的發(fā)展步伐，為實(shí)現(xiàn)中國能源的可持續(xù)發(fā)展提高根本動(dòng)力[8]。

4.3 鋰離子電池技術(shù)

由于介口二氧化硅納米材料的自身特色，鋰離子電池技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，首先這種技術(shù)具有體積小，容量大的特點(diǎn)，具有比較低的毒性，因此被廣泛的應(yīng)用和普及，這種鋰離子電池技術(shù)成本小，效率高，在生產(chǎn)過程中簡單安全，經(jīng)過大量的用戶使用，獲得了普遍的好評(píng)，在制作過程中可以根據(jù)自身要求來進(jìn)行電壓設(shè)計(jì)，制成各種容器。

4.4 離子吸附

介口二氧化硅材料近幾年被專注于我國的臟污水處理方面，主要是將介口二氧化硅的化學(xué)物質(zhì)與其他化合物發(fā)生反應(yīng)，將水中的化合物進(jìn)行吸附交換，從而將臟水中的砷化合物進(jìn)行處理，最終達(dá)到離子吸附清潔的目的。

5 介孔二氧化鈦應(yīng)用研究展望

通過以上具體的研究我們可以看出，介孔二氧化鈦納米材料在我國得到了快速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，介孔二氧化鈦納米材料通過相關(guān)過程的摻雜，以及合成得到了深度的研究，從傳統(tǒng)意義上來說，模板法、凝膠溶膠、溶劑、水熱法等等，是其主要采用的合成方法，采用的合成方法不同導(dǎo)致二氧化鈦?zhàn)罱K表現(xiàn)的面貌不同。通過二氧化鈦材料自身的性能因素，我們可以看出，國內(nèi)的研究產(chǎn)物主要應(yīng)用為鋰離子電池，有無有害物質(zhì)處理，太陽能電池，和光催化劑等等，在人們的生活和工作的方方面面都有不同程度的影響，將這些技術(shù)得以深度的研究和開發(fā)，最終對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)文化的進(jìn)步有積極的促進(jìn)作用。其次，二氧化鈦納米技術(shù)在人們的醫(yī)學(xué)和建筑方面都有一定的造詣。例如，先進(jìn)的介孔二氧化鈦納米技術(shù)對(duì)人類移植血管，支架血管，和人造器官方面具有良好的應(yīng)用，可以在一定程度上阻礙增殖細(xì)胞的發(fā)生，最后介孔二氧化鈦可以應(yīng)用于光催化和消滅細(xì)菌的技術(shù)之中，在一定程度上減少了室內(nèi)材料危險(xiǎn)的發(fā)生，保證了安全性，其次，介口二氧化鈦納米技術(shù)在生物和保護(hù)生態(tài)方面發(fā)揮著積極的作用。國內(nèi)相關(guān)納米技術(shù)研究者認(rèn)為，對(duì)納米材料展開研究，就一定要將納米材料的表征研究和納米材料的制備科學(xué)放在首先考慮的前提。作為物理問題，對(duì)制備科學(xué)本身的概念以及流程應(yīng)該進(jìn)行深入的研究，對(duì)于制備材料中出現(xiàn)的科學(xué)問題應(yīng)注意及時(shí)的進(jìn)行解決和總結(jié)。

6 結(jié)論

納米技術(shù)是世界科技產(chǎn)業(yè)改革發(fā)展的重中之重，不同表現(xiàn)形式的介口二氧化鈦納米材料在實(shí)際生活工作中有不同方面的應(yīng)用，隨著我國對(duì)科學(xué)技術(shù)研究的加大力度，介口二氧化鈦納米材料在完善的科學(xué)手段的基礎(chǔ)上，創(chuàng)立了更為先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，利用現(xiàn)有的設(shè)備自組裝，水熱法等五個(gè)常規(guī)技術(shù)，對(duì)其進(jìn)行更加科學(xué)化的創(chuàng)新，推進(jìn)了介口二氧化鈦納米材料應(yīng)用的研究發(fā)展步伐，在高科技的發(fā)展領(lǐng)域中占有舉足輕重的地位，它是連接人們科學(xué)技術(shù)溝通的橋梁，也是人們改變社會(huì)，改變生活的有效工具，本文以介口二氧化鈦納米材料的主要內(nèi)容為基礎(chǔ)，簡要分析了納米材料未來的發(fā)展前景，希望能對(duì)以后相關(guān)的科學(xué)技術(shù)研究提供參考性意見。

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