【钛材料讯】一．纳米二氧化钛与光催化 

 纳米 TiO2 具有透明性优异、抗紫外线能力强和耐化学腐蚀性等特点，被广 泛应用于电子材料、汽车、气体传感器、陶瓷添加剂、感光材料、化妆品及光催 化剂等领域。根据其晶型，TiO2 可分为锐钛矿、金红石、板钛矿和青铜矿四种物相。通常认为锐钛矿型 TiO2 具有最高的活性，其次是金红石型 TiO2，而板钛矿型 TiO2 和青铜矿 TiO2不具备明显的光催化活性。也有研究表明含有少量金红石型的锐钛矿混晶的光催化作用更加明显，但需要说明的是混晶不只是两种晶型的简单混合。尺寸在 1-100 nm 之间的纳米TiO2具有良好的耐候性和分散性，其特有的小尺寸效应和表面效应导致纳米 TiO2 的光量子产率和光催化活性较体相 TiO2有巨大的提高。有研究表明当 TiO2 的粒径小于 10nm 时，会显示明显的量 子尺寸效应，光催化反应的量子产率也迅速提高，锐钛矿 TiO2 粒径为 3.8nm 时的量子产率是粒径为 53nm 的 27.2 倍。同时，粒径越小电荷扩散到表面的时间也越短，使电子和空穴更有效的分离，从而导致纳米 TiO2 催化活性远高于普通微米级的 TiO2。 

 光催化技术是指利用光照激发出光催化材料的空穴和电子参与化学反应并 完成对微生物或者有机气体降解的技术。以锐钛矿型 TiO2 为例，锐钛矿型 TiO2 的能带结构是由空的高能导带和低能价带构成，低能价带填满电子，禁带存在于导带与价带之间，在价带与导带之间存在带隙能，其数值是 3.2 eV，当照射锐钛 矿型 TiO2 的光源能提供小于 385 nm 波长的光线时，该光线可以克服带隙能，位于价带上的电子被该光线激发发生跃迁并迁移到导带上，从而在导带上生成电子， 同时在价带上生成空穴，具有还原性的电子可以将吸附于锐钛矿型 TiO2 表面的 受体还原，生成的具有很强氧化性的空穴可以将吸附于锐钛矿型 TiO2 表面的物质氧化并生成高价物质。TiO2 的比表面积随着其尺寸的减小而增大，比表面积越 2 高，表面吸附的物质越多，发生反应的几率也就越高，因此，相同条件下制备的 纳米 TiO2 相比于体相 TiO2 具有更高的光催化活性。锐钛矿型 TiO2 的带隙能是 3.2 eV，而金红石型 TiO2 的带隙能是 3.0 eV，当光照射在锐钛矿型 TiO2 或金红石型 TiO2表面时两种晶型的 TiO2 可以吸收能量，当吸收的能量不小于其对应的带隙能时，电子被激发并跃迁到导带上从而形成了空穴－电子对。一部分空穴－电子对在锐钛矿型TiO2 或金红石型 TiO2 内部或表面复合，另一部分迁移到了锐 钛矿型 TiO2 或金红石型 TiO2 表面从而被其它基团或物质俘获，空穴和电子不仅 可以直接与吸附于锐钛矿型 TiO2 或金红石型 TiO2 表面的物质发生化学反应，还 可以与其表面吸附的其它电子给体或电子受体发生相互作用并生成强氧化性活 性基团，该活性基团可以直接或间接作用于污染物从而起到降解作用。

    图 1 纳米二氧化钛的光催化机理 TiO2 的光催化机理

如图1所示，当合适的光源照射在 TiO2 的表面时，电子 被激发并由价带跃迁至导带上从而产生高活性电子，电子与价带上的空穴形成空 穴-电子对。空穴-电子对可以与水和溶解氧发生相互作用生成具有强氧化性的氢 氧根离子、活性氧和羟基自由基，这些强氧化性物质可以将吸附于 TiO2 表面的 无机污染物氧化为无害物质，将有机污染物降解为水和二氧化碳等无机小分子。 

 二．纳米二氧化钛的制备方法，制备纳米 TiO2 的方法包括固相法、气相法和液相法。 

 1.固相法

 固相法是将一定比例的钛氧化物和钛混合、研磨及煅烧从而制备纳米 TiO2。 高能球磨法、火花放电法和热分解法均属于固相法，其优点是设备简单、成本低 和工艺简单，缺点是制备的纳米 TiO2 纯度不高且耗能大。 

 2.气相法

 气相法是利用蒸发和溅射等方法将物质转变为气体，期间伴随着化学反应或 物理变化，最后冷却、凝聚、长大并生成纳米 TiO2。四氯化钛气相氧化法是在高 温环境下利用四氯化钛和氧气发生化学反应生成纳米 TiO2。德国 Degussa 公司 P-25 二氧化钛粉体就是气相氧化的方法生产的。气相法虽然具有纯度高、颗粒尺 寸小等优点，但是产率低、成本高、均系高温反应，技术难度较大，对设备的耐 腐蚀性要求也高，在我国需要解决一系列的工程技术问题和设备材质问题才能进 行工业化生产。

 3.液相法

 液相法是选择一种或多种合适的可溶性金属盐，按所制备的材料组成计量配 置溶液，再使用一种沉淀剂（或蒸发、水解、升华等方法）使金属离子均匀沉淀 出来（或结晶出来）的一种方法。该类方法具有原料来源广泛、成本低、设备简 单、便于大规模生产的优点。主要有水热/溶剂热合成法、溶胶凝胶法、液相沉淀 法等。 

 （1）水热/溶剂热合成法： 水热、溶剂热反应法是利用高压反应釜将反应混合体系进行密封处理，在恒 温的环境下，实现高温高压的反应环境，经过特定时间的反应进行分离得到合成 的样品。样品的晶体结构和形貌可以通过调剂反应温度、压强以及不同的添加剂 进行调节。由于在水热条件下，水的物理化学性质与常温常压下的水相比会发生 很大的变化，所以一些在常温下反应很慢的热力学反应，在水热环境中都可以快速反应。在水热条件下发生的粒子的成核和生长，生成可控大小和形貌的超细纳 米粉体，而且不需要煅烧，所以不存在晶型不稳定和团聚问题，这种条件下制备 得到的粉体具有粒径小且分布均匀、晶粒发育完整、不需要煅烧、无团聚的优点，且工艺简单，反应条件温和。

 水热法广泛的应用于合成形貌、尺寸可控、颗粒分 散均匀的纳米氧化物和金属复合材料。除了 TiO2 纳米颗粒，TiO2 纳米管、TiO2 纳米棒、TiO2 纳米线等不同形貌的 TiO2 纳米材料也可以通过水热法合成。溶剂热法是在水热法基础上的改进，主要区别在于溶剂是有机物而不是水。利用溶剂热法可以将体系的反应温度和压强提高，因为溶剂的沸点通常比水更高。与水热 法相比，溶剂热法更容易控制 TiO2 光催化材料的尺寸大小和表面形貌。

 TiO2纳米棒、TiO2纳米线等不同形貌的TiO2晶体结构同样可以由溶剂热法得到。因此， 水热、溶剂热法在 TiO2 的制备中存在明显的优势且具有非常强的应用潜力。  

 （2）溶胶凝胶法：TiO2 的溶胶-凝胶法合成是将含有钛的醇盐或者无机物作为前驱体加入水或者醇类的溶剂中，通过进一步水解或者醇解形成钛的络合物溶胶，通常该过程酸 催化加速四价钛醇盐的水解，然后进行煅烧、冷凝的过程。低络合的 Ti-O-Ti 键的形成需要加入较少的水或者乙醇，然后 Ti-O-Ti 链相互链接聚合形成三维空间结构。随着水含量的提高，水解速率加快，四价钛醇盐逐渐水解形成 Ti(OH)4。当水解过程加入过量的水时，形成聚合的 Ti-O-Ti 链。然后在抑制剂的协同作用 下脱水缩聚成钛的钛的前驱体凝胶，最后经过热处理形成 TiO2 粉末。Ti-OH 键 的大量存在会使得制备的 TiO2 颗粒更容易发生团聚。用溶胶-凝胶法合成纳米 TiO2 在制备上具有工艺可控可调、反应温度低、过程重复性好的优点，在所制得 的产物性质上具有分散性好、纳米粉体粒度细、较高的催化活性等优点。溶胶-凝 胶法的缺点是所用原料钛醇盐的价格较为昂贵，干燥、煅烧时凝胶粒子容易收缩， 造成产物颗粒间的二次团聚，使制得的粉体粒径较大，且煅烧所得的纳米粉体晶 型不稳定。   （3）液相沉淀法： 液相沉积法一般是以 TiCl4或硫酸钛等无机钛盐为原料来合成纳米 TiO2粉体，常规流程是先在原料液中加入适量的沉淀剂，从而使溶液中的阳离子形成无 定型的 Ti(OH)4 沉淀，再通过过滤、洗涤、烘干、高温煅烧等工序即可制得纳米 TiO2 粉体。采用液相沉淀法合成纳米 TiO2 具有工艺简单、原料成本低等优点， 但是液相沉淀法制备出的纳米TiO2 粒子溶易形成团聚结构，从而失去纳米材料粒径均匀、超细的特性。此外，这种方法还存在产物损失量大，纳米TiO2粉体纯度不高等缺点。若对液相沉淀法进行了改进，利用化学反应在溶液中加入某种 沉淀剂，使构晶离子从溶液里缓慢均匀地释放出来，加入的沉淀剂通常不直接与 沉淀组分反应，而是通过另外一种化学反应(一般是水解反应)使沉淀剂在整个反 应过程中缓慢生成。理论上只要控制好生成沉淀剂的速度，就可以避免沉淀剂浓度不均匀的现象，通过控制反应温度等条件可以使过饱和度控制在适当的范围内，从而控制沉淀粒子的生长速度，得到纯度高、粒度均匀且致密的纳米微粒。但在实际操作中，特别是工业化扩大化实验中，沉淀剂滴加过程中容易造成沉淀剂局部浓度过高，使沉淀中夹杂其他杂质，并且所得沉淀颗粒过大或过小，粒径分布不均匀。 

 （4）直接氧化法： TiO2 光催化剂可以通过利用添加氧化剂或阳极氧化法直接氧化钛片金属单 质来得到。通常条件下，将干净的钛片放入 50 mL 30 wt %的 H2O2 中，在一定条件下反应可以得到 TiO2 纳米棒。TiO2 纳米晶的形成是溶解再沉淀的过程机理。 通过添加无机钠盐，可以得到不同晶相形貌的 TiO2 纳米棒。SO4 2-的添加有利于锐钛矿相 TiO2 的形成，Cl-的添加有利于金红石相 TiO2 的形成。在较高的温度 下，丙酮可以被用于 TiO2 纳米晶的氧源，氧源在 TiO2 纳米晶体中的形成中至关 重要。可以通过控制氧气的来源和组成比例得到高密度均匀排布的 TiO2 纳米棒。 另一方面，此方法得到的 TiO2 纳米棒因表面含氧量较高，而具备较高的光催化活性。现有研究表明，TiO2 纳米管可以通过阳极氧化钛片得到。典型的阳极氧化 过程为将清洗干净的钛片放入 0.5% HF 溶液体系中 10-20 V 阳极氧化 10-30 min 得到。将阳极氧化后的钛片，在氧气氛围下高温退火即得到 TiO2纳米管。在适宜的电解液体系中，可以通过调节阳极氧化的电压控制 TiO2 纳米管的直径和长度。   （5）微乳液法： 微乳液法是制备纳米粉体的一种新型方法，这种方法是利用互不相溶的溶剂 在表面活性剂的作用下形成乳液，然后乳液粒子在微泡中经过成核、聚结、热处 理后得到纳米粒子，此方法的优点是制得的粒子界面性和单分散性较好。微乳液 主要是由油和水（或电解质溶液）、表面活性剂和助表面活性剂组成的各向同性的、透明的、热力学稳定的分散体系。表面活性剂在微乳液制备超细粒子扮演着非常重要的角色，表面活性剂一般有阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和非 离子表面活性剂。微乳液可以分为油包水(W/O)和水包油(O/W)两种类型。 W/O 型是由水核、油连续相和表面活性剂以及助表面活性剂组成的，O/W 型 则是由油相、水连续相、表面活性剂及助表面活性剂组成。目前用微乳液法制备 纳米二氧化钛的过程中，大多数采用油包水(W/O)反胶束微乳液法，而 O/W 法应 用则不多。微乳液法具有粒径大小可控且分布均匀、设备装置简单、操作容易、 不需加热、粒子分散性好等优点。但其稳定的微乳体系难制得、成本较高、团聚 严重，此外在选择合适的表面活性剂以及体系的选择方面一直缺乏系统的研究。

 三．纳米二氧化钛的应用 

 （1）烟气脱硝 我国是煤炭生产和使用大国,据国家统计局数据，2015 年我国全年能源消费总量 52.4 亿吨标准煤，煤炭消费量占能源消费总量的 56％，其中钢铁、火电、 水泥等行业用煤量较大。燃煤烟气排放产生的氮氧化物(NOx)是造成酸雨、光化 学烟雾及灰霾等污染事件的重要原因，控制燃煤电厂氮氧化物排放成为改善我国空气质量的关键。由于纳米 TiO2 具有较大的比表面积、良好的化学惰性、较强 的抗硫中毒能力以及抗化学腐蚀和光腐蚀的能力，且价格低廉，因此广泛应用于 电厂、钢铁厂等大型燃煤废气的选择性催化还原脱硝（SCR）催化剂生产。 

 目前 SCR 商用催化剂基本都是以 TiO2 为基材，以 V2O5 为主要活性组分， 以 WO3、MoO3 为抗氧化、抗毒化助剂成份。典型的 SCR 商用催化剂成份：纳米 TiO2 75-80％，V2O5 2-5％，WO3、MoO3 8-10％，其余还有少量硅酸盐等维持纤 维稳定性的物质。纳米 TiO2 是催化剂活性组分之一和催化助剂的重要载体，主要起机械承载作用，并可增加有效的催化反应表面积及提供合适的孔结构，优质的纳米 TiO2 能显著地改善催化剂的活性与选择性，提高催化剂的耐磨蚀、抗冲 击和受压的机械强度等性能，增强催化剂的热稳定性和抗毒能力，减少催化剂活 性组分的用量，降低催化剂的制备成本，并使催化剂具备适宜的形状和颗粒。选用锐钛矿型的 TiO2 作为 SCR 催化剂的载体，与其他氧化物(如 Al2O3、ZrO2)载体 相比，TiO2 抑制 SO2 氧化的能力强、比表面积大，且具有较强的表面酸性以及独特的电子结构，能很好的分散表面的 V2O5 物种，并增大其与反应气体的接触面 积，同时 TiO2 本身也有较强的催化能力，从而确保脱销催化剂的催化活性。 

 （2）汽车尾气净化：汽车尾气分解的研究最早始于 20 世纪 20 年代，上世纪 70 年代中期美国开 始出现汽车排气催化净装置，安装汽车尾气净化催化器是治理尾气污染最为有效的方式。

 随着纳米科学得到迅速的发展，纳米材料的层出不穷，并开始涉及汽车 尾气净化行业，国际上已把纳米粒子催化剂称为第四代催化剂。 汽车尾气净化领域，利用纳米 TiO2 光催化能力可用于去除汽车尾气中的含硫物质。1989 年，通用汽车公司的研究了纳米 TiO2 去除汽车(含硫化氢气流)尾 气中硫的能力，模拟试验表明：在 500°Ｃ经 7h 后,从废气中除去的总硫量比所有 供试验的常规形式的 TiO2 除去的量约大 5 倍，而且在暴露 7h 后，纳米 TiO2 去除硫的速度仍然相当高，而其他所有的样品已变的无用。

 实验研究表明，纳米 TiO2 至少可以经历 12 次反复使用而保持光分解效率基本不变，连续 580 min 光照下 保持其活性。利用纳米 TiO2 光催化氧化能力可用于去除汽车尾气中的碳氮氧化物。2014年况栋梁等采用溶胶-凝胶法制备了掺 Fe3+的纳米 TiO2 对汽车尾气成分进行模拟试验,研究表明：通过对未掺杂 Fe3+和掺杂 Fe3+后的纳米 TiO2 进行分析, 可知掺杂 Fe3+改性后可以提高纳米 TiO2 的光催化性能。弱紫外光条件下的汽车尾气净化实验结果表明，Fe3+掺量为 0.1％的纳米 TiO2 比未掺杂的纳米 TiO2 对 CO、CO、碳氢化合物和 NOx的净化效率分别能提高 0.6%、0.6%、2.3%和 8.2%。 

 此外，隧道内照明灯灯罩玻璃上涂以纳米 TiO2 涂层，可以除去汽车、摩托车排 出的带有 NOx、油、积炭气的废气，净化隧道内的环境空气。这种灯罩玻璃能保持洁白如新，连续使用 4 个月仍有效。 目前汽车尾气分解常用的是三效催化净化装置，在金属、陶瓷等载体表面负 载一层高比表面积和良好催化性能的纳米第二载体如 Al2O3、TiO2 和 CeO2 等,并在其中加入贵金属钯 Pd、铂 Pt、铑 Rh，非贵金属钴 Co、铜 Cu、铁 Fe、锰 Mn， 或稀土元素钕 Nd、铈 Ce、镧 La 等催化剂活性成分。

 由于用纳米 TiO2 作为催化剂载体具有非常大的比表面积、良好的表面扩散性能和非常高的催化活性，汽车尾气分解速度较快，该装置可有效的将汽车产生的 CO、氮氧化物等分解，减少汽车尾气排放污染。 

 （3）有机废气： 随着纳米 TiO2 光催化技术的不断深入研究，针对工业生产中产生的挥发性有机物(VOCs)降解也开始得到了越来越大的关注，国内外开展了一系列的研究与实验，但目前基本还处于起步阶段。刘海楠等制备了过渡金属掺杂的纳米 TiO2 分子筛，通过微波辅助光催化氧化降解甲苯。结果表明，复合型 TiO2 分子筛催化剂微波辅助催化氧化甲苯的最高去除率可达 99％；15h的连续性试验更表明其具有较好的催化活性与稳定性。李蓉等利用溶胶－凝胶法制备的 Fe、N 共掺杂的活性炭为载体的纳米TiO2为催化剂，对气相丙酮进行了光催化降解研究。结果表明：当催化剂用量 3g，丙酮初始浓度 39.40 mg/L，相对湿度为 63%时的丙 酮降解效果最好。在紫外光照射下反应155 min的丙酮去除率达 92.63％。催化剂循环使用 6 次后的丙酮降解率仍有 83.91％。 

 工业生产中排放的有机废气存在浓度较高、气量较大、成分复杂等特点,阻碍了纳米 TiO2 光催化技术在工业废气治理中的应用。目前在工业废气治理中,纳米TiO2光催化技术常用于气量小、浓度低的有机废气治理及生产中除臭；也常与低温等离子体、活性炭吸附等技术联合使用，但目前仍处于研究探索阶段，应用实例并不多见。从运行成本和反应条件看，纳米 TiO2 光催化技术在工业废气处理领域有着明显的优势和良好的应用前景。

 如何提高光催化装置对工业有机废气的降解速度,缩短废气在装置内的停留时间，以及与其他技术的合理联用，是影响纳 米 TiO2 光催化技术在工业有机废气处理中应用前景的关键所在。 

 （4）空气净化 随着人们生活水平的不断提高，室内装潢装饰材料和家用化学物质的大量使用，室内空气污染已成为世界各国广泛关注的环境问题。目前已从室内空气中鉴定出几百种有机物质，主要有甲醛、苯系物、酮类等有机挥发物、氨等，其中有 10 些是致癌物质。此外，居室内由于人类活动，还存在很多细菌和病毒。

 利用纳米 TiO2光催化技术，可在紫外线照射下通过室内喷涂吸附能力强的锐钛型纳米TiO2 涂层来分解室内存在的大景游离甲醛等有机挥发物，吸烟产生的乙醛，家庭灰尘 产生的硫醇等有机异臭；同时杀灭室内空气中的细菌和病毒。在纳米 TiO2 光催 化剂中掺杂金属离子能改变晶格结构，可使其在可见光照射下也能发生光催化氧 化反应。有学者采用网状载体负载纳米 TiO2 净化室内空气。古政荣等制备出可用于室内空气净化的活性炭-纳米 TiO2 光催化净化网；净化性能结果表明：以功率为 6W、波长 254 nm 的紫外杀菌灯照射 3h，其对甲苯净化效率为 99.8%，三氯乙烯净化效率为 99.5%，硫化氢净化效率为 99.8%，氨气净化效率为 96.5%， 甲醛净化效率为 98.5%。钱昱等发现以泡沫镍网作为载体，负载活性炭和纳米掺锑氧化锡(ATO)粉末 TiO2 光催化剂能明显提高甲醛光催化降解速率。 

 纳米 TiO2 还是一种新型的无机抗菌剂。对于室内空间存在的大量细菌，纳米 TiO2 在光的作用下可直接破坏细胞壁、细胞膜或者细胞内的组成成分，对绿 脓杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌、牙枝菌和曲菌等又有很强的杀灭能力。宋烽等探讨了医院手术室应用纳米光催化空气消毒机进行手术间空气动态消毒的效果，认为应用纳米光催化空气消毒机进行手术室的空气持续动态消毒, 是一种比较有效的空气消毒方法。 

 近来，有学者把常规无机抗菌材料银的特点和二氧化钛的光催化抗菌特点结合起来研究，得到的复合抗菌材料既能弥补二氧化钛无光照条件下没有光催化抗菌作用的缺陷，又能充分发挥银系抗菌材料的功能。苑春用热沉积法制备出载银纳米二氧化钛，研究表明颗粒上负载约 1.6%的银可以扩展光源利用范围至可见光，光催化作用与银协同杀菌；但银量过高，则主要体现银的杀菌效果。光强增加，杀菌效果提高；二氧化钛的浓度为 1.5g/L 时杀菌效果最好；细菌浓度低于 106 细胞/mL 时，载银纳米二氧化钛杀菌率可以达到 90％以上。 

 （5）废水处理：传统的废水处理方法有物理吸附法、化学氧化法、微生物处理法和高温焚烧 法，这些方法对环境的保护和治理起了重大作用。但是这些技术不同程度地存在 着或效率低，不能彻底将污染物无害化，易产生二次污染或使用范围窄，仅适合 特定的污染物的处理或能耗高，不适合大规模推广等方面的缺陷，用纳米二氧化钛光催化技术处理废水具有传统废水处理方法无法比拟的优点，它对水体中有机污染物的分解具有无选择性，温和条件下就可以进行，能有效的将有机污染物转化为无机小分子，而且能耗低，操作简单。蒋伟川等人对某丝织品厂的生化池出水进行活性污泥曝气处理，结果出水的色度和 COD 与进水基本一致，但是进行光催化氧化处理后，脱色率达 100%，COD 去除率达 75.3%，所以光催化技术具有生物处理法所没有的有机物降解能力。此外利用 TiO2 光激发产生的强还原能力的电子及氧负离子可以还原废水中的高价 Cr7+离子为 Cr3+。也可以回收水中痕量的贵重金属离子，这是一条既能处理重金属废水又能实现贵金属回收的新思路。 徐玉欣等研究了 TiO2 漂浮型光催化剂光催化还原银、铜的效果，结果表明银离子的光催化还原速率和程度比铜离子大。在纳米 TiO2 载体的作用下，银、铜离 子的光催化还原具有协同作用。 

 （6）涂料： 纳米二氧化钛本身具有很强的亲水性特点，因此在将纳米二氧化钛材料制成薄膜、涂料后，其表面就会与水形成较大的接触角，大多数物质都很难附着在纳米二氧化钛薄膜的表面，而纳米二氧化钛也正是凭借着这一特点，被广泛应用于 涂料制作之中。另外，纳米二氧化钛薄膜表面的亲水特性还会受到紫外线的影响， 紫外线照射时间越长，其亲水特性就会越强，而薄膜表面与水之间的接触角也会大大减小，最高甚至可使接触角降至 0°，这种情况下，水滴就会完全浸润在纳米二氧化钛薄膜的表面，而其他污物自然也就无法在纳米二氧化钛薄膜的表面附着。从目前来看，纳米二氧化钛的这一特性已经被应用到了涂料生产工艺之中， 很多市场上的自清洁涂料都含有纳米二氧化碳成分，在建筑装饰施工中，只需将这类涂料涂覆在玻璃、陶瓷等建筑材料表面，就可以利用纳米二氧化钛的光催化特性，使涂料表面吸附的各种有机物发生氧化反应，并分解为油、沙粒、水等不易吸附的物质，从而达到自清洁的效果。例如在有研究报道将纳米二氧化钛涂料应用在了汽车的挡风玻璃上，使挡风玻璃具备了良好的防尘、防雾、防霜、自清 洁性能，能够有效减少交通事故的发生。 

 （7）能源转化： 由于常规能源如石油天然气和煤等化石资源的日趋枯竭，常规能源的使用造成了极为严重的环境污染，清洁新能源的开发倍受关注，而把太阳能转化为可储存的氢能源和电能都是解决未来能源危机的主要途径，以二氧化钛为代表的半导体光催化分解水制氢是实现这一目标最简单易行、最有发展前途的方法。光催化产生的氢气和氧气是无污染、高效和清洁的能源，但由于该方法的产率不高进展缓慢。

 太阳能光生伏打电池的基本结构主要包括透明导电基片(导电玻璃)、多孔纳米二氧化钛薄膜、染料敏化剂、电解液和透明对电极几部分。当能量低于半导体纳米二氧化钛禁带宽度的入射光照射在电极上时，吸附于二氧化钛表面的染料分子中的电子受激发跃迁至激发态，处于激发态染料分子向二氧化钛纳米晶导 带中注入电子，电子在 TiO2 纳米晶导带中靠浓度扩散流向基底传向外电路，由于纳米粒子掺杂浓度低，因而减少了复合机会，而染料分子失去电子后变为氧化 态，此时氧化态的染料分子再由对电极提供电子而变为原状态，从而完成一个光电化学循环，形成光电流。

 近年来，纳米二氧化钛在能源领域的应用越来越受到关注。 除烟气脱硝、尾气处理、有机污染物降解、室内空气净化、废水处理、新能源领域之外，纳米二氧化钛在造纸、食品添加剂等领域也有相关应用。 

 四．锐钛矿 TiO2与金红石 TiO2 对比 TiO2 属于一种 n 型半导体材料，金红石与锐钛型是 TiO2 的两大重要种类， 但是由于两者性质不同，从而也导致了它们各方面的差异，锐钛型和金红石型均属四方晶系，两种晶型都是由相互连接的 TiO6 八面体组成的，每个 Ti 原子都位于八面体的中间，且被 6 个 O 原子围绕。两者的差别主要是八面体的畸变程度和相互连接方式不同，其晶胞结构的差异也导致了这两种晶型物化性质的不同。从热力学角度看，金红石是相对稳定的晶型，熔点为 1870℃；而锐钛矿是二氧化钛的低温相，一般在 500℃~600℃时转变为金红石。二氧化钛晶型转变的实质是晶胞结构组成单元八面体的结构重排。

 金红石晶型结构中原子排列更加致密，密度、硬度、介电常数更高，对光的散射也更大。因此，金红石是常用的白色涂料和防紫外线材料，对紫外线有非常强的屏蔽作用，在工业涂料和化妆品方面有着广泛的应用。

 锐钛矿的带隙宽度稍大于金红石，光生电子和空穴不易在表面复合，因而具有更高的光催化活性，能够直接利用太阳光中的紫外光进行光催化降解，而且不会引起二次污染。因此，锐钛矿型纳米二氧化钛是常用的光催化剂材料。 

五．纳米二氧化钛的国家标准 纳米二氧化钛国标目前采用的国家标准是 GB/T19591-2004，各具体指标要求如下表所示：