李顶立
湖北工程学院新技术学院432000
摘要：本文用阳极氧化法制备二氧化钛。电解液是含NH4F（质量分数为0.5%）和H2O（质量分数为2%）的乙二醇溶液，阳极是钛箔，阴极是铂片。用60V电压阳极氧化3小时，超声脱落一次氧化膜后，再次进行二次氧化，氧化膜超声分离得到TiO2纳米管阵列，得到纳米管长25μm、内径70~80nm、管壁厚度约20nm。为了表征纳米二氧化钛光学性质、结构和形貌，本次实验使用了差热-热重(TG-DTA)，X-射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)，并用实验来测定纳米TiO2的抗菌性，说明不同温度下煅烧后的纳米TiO2其抗菌性能不同，在500℃左右煅烧后的纳米TiO2的抗菌性较好。
关键词：二氧化钛；阳极氧化；抗菌
1、纳米材料的概述
纳米材料是指结构单元的尺寸介于1nm至100nm范围之间的材料。这种具有特殊结构和特殊功能的材料发展于上世纪80年代中后期。由于其特殊的结构，在许多领域都有很好的应用前景。纳米结构材料包括有零维纳米微粒、一维纳米管、纳米棒和纳米丝、二维纳米膜、纳孔膜、三维纳米相材料。研究发现过渡金属氧化物纳米管在催化、吸附、单电子晶体管等方面有着潜在的应用前景，而二氧化钛纳米管由于其特殊的结构和优异的性能备受关注。
2、纳米二氧化钛概述
二氧化钛（TiO2）具有优秀的光敏、湿敏、气敏、光电性能，一直以来都是值得热门研究的无机材料。纳米管二氧化钛有尺寸依赖效应、高深宽比和高比表面积等。纳米二氧化钛管状阵列的结构比较特殊，TiO2纳米管可以表现出光催化能力和光电转换效率都较高，使得其在太阳电池、光解水制氢、光催化降解有机污染物以及传感器等领域有着非常重要的发展前景。
利用电化学方法制备TiO2纳米管，并控制其管径、长度和层数，将TiO2纳米管用作高效光催化剂，用TiO2纳米管制备出复合型的多功能纳米材料，并研究这些过程的物理性质、化学性质和转变机理，在科研方面会有很大的意义。
3、一维纳米二氧化钛
一维纳米材料是一种新型纳米材料，其长度为宏观尺度，二维方向上为纳米尺度。
TiO2纳米管有较高光催化性能和光电转换效率，是因为其以管状的形态呈现的，它的比表面积相对于非管状大，吸附能力也比较高。为了提高TiO2纳米管的光电、催化和电磁的性能，可以在纳米管中填充一些磁性粒子，制成复合材料。
4.纳米二氧化钛电化学制备方法
有很多种电化学方法可以制备纳米TiO2。开发出成本低、纳米TiO2性能优异的电化学制备方法是今后研究领域的方向。纳米二氧化钛的制备方法中以电化学制备方法最为突出，它有着许多其他制备方法没有的优点，比如说，设备简单，比较容易操作，使用成本廉价等一些优点。采用电化学方法制备纳米二氧化钛鲜见于国内外的科研报道,当前科学界一直探索纳米TiO2制备技术，加强其光催化功能性，因此在纳米TiO2的制备上电化学技术有着至关重要的作用。不过电化学方法制备纳米TiO2还是有缺点的，就是必须有导电基体才能制备，这个条件限制让电化学法的应用不是很广，但是可以让纳米TiO2有更优良的光催化性能。不过导电基体对光催化性能的影响这方面的机理和规律不是很清楚，需要做进一步的研究。
4.1阴极电沉积法
将作为原料的钛溶解于双氧水和氨水中，再向溶胶加入硫酸，得到硫酸氧钛，加入酸用来调节溶液的pH，得到阴极电沉积溶液。
4.2阳极电沉积法
以TiCl3作为原料，将TiCl3盐酸溶液加到去离子水中，水解，形成TiOH2+单羟基中间体，通过阳极电极在导电的ITO玻璃上沉积形成氢氧化钛（IV）聚合物面，经450℃煅烧后出现锐钛矿型TiO2膜。
4.3交流电沉积法
本方法需要两步电解，先将二氧化钛溶于草酸铵和草酸的混合电解液中，用交流电沉积，然后将得到的产物加入TiCl3溶液中，用直流脉冲电沉积，两次使用的基体都是氧化铝。本方法简单高效，而且可以控制纳米膜的质量，有良好的经济性。
4.4阳极氧化法
在金属表面制备氧化物薄膜基本用的是阳极氧化法，特别是一些有色金属。为了在钛及其合金表面制备TiO2薄膜，可以用阳极氧化的方法，这样做出来的膜，更加细致均匀。
4.5用可溶性钛阳极的阴极电沉积法
在乙腈的混合溶液中，阳极是可溶性的钛。通电后，TiO2薄膜在阴极表面形成。用600℃以上的高温煅烧产物，薄膜变为锐钛矿结构。
4.6电泳法
带电的TiO2粒子可以电子迁移，利用这个现象，使带电的粒子聚集在导电基体，上形成均匀的薄膜，这就是电泳法。具体方法是用钛酸四丁酯水解，制备出的TiO2微粒粒径为40～60nm，再将研磨TiO2粉体，加入到极性溶剂，这种溶剂含有羟基，可以得到胶体溶液。
5、纳米二氧化钛的应用
5.1在太阳能电池光电极材料的应用
随着新能源的发展，太阳能电池因其绿色、安全在近些年受到了研究和应用上的重视。纳米二氧化钛半导体有禁带宽度较大和耐光腐蚀性稳定的优点，可以在太阳能电池中作为光电及材料。
5.2在有机废水处理中的应用
纳米二氧化钛能有效的对有机酸类、烃类、酚类、染料、胺类进行光催化反应，生产无机小分子，这些物质无毒害，达到处理废水的效果。有机废水中的芳烃和芳香化合物一般难以用一般的方法降解，而纳米二氧化钛可以降解水中高达几千毫克每升的污染物。
5.3对城市生活垃圾的处理
城市生活垃圾一直是城市污染的一个大问题。光催化降解技术的优点在于纳米二氧化钛催降解时，可以在其表面产生水体中氧化能力最强的氢氧根自由基。城市的垃圾处理也是环境治理的重要的一点，因为城市垃圾一般采用掩埋的方法，这样对地下水能带来严重的污染。所以，采用纳米二氧化钛降解技术，可以减小这样的隐患。
5.5在杀菌领域的应用
一般杀菌剂只能使细菌细胞失去活性，但是失活的细菌可以分泌出内毒素，这种有害成分能造成二次污染。纳米二氧化钛作为杀菌剂的对于一般杀菌剂，在抑制细菌繁殖力的同时，使细菌的细胞膜结构造成破坏，细菌能被杀死和彻底降解，不会释放内毒素引起二次污染。
5.6高档车漆的应用
为了给人以深度感与层次感，让人觉得车表面好像是珍珠片在闪闪发光，可以将纳米级二氧化钛与铝粉混合颜料的云母珠光颜料添加于涂料中，其涂层能产生随角异色效应，神秘而富有变幻。
参考文献
[1]刘素琴,方东,李朝建等.阳极氧化法制备二氧化钛纳米管及其荧光性质.无机化学学报.2007年5月,第五期.
[2]庄惠芳,赖跃坤等.高度有序的二氧化钛纳米管阵列的制备及其光催化活性的研究.化学学报.2006年65卷.2363~236。
[3]赖跃坤,孙岚,左娟等.氧化钛纳米管阵列制备及形成机理[J].物理化学学报,2004,20(9):1063-1066.