合成二氧化鈦復(fù)合型納米材料的進(jìn)展范文

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摘要:復(fù)合型納米材料相比普通納米材料具有一定的特點(diǎn)，利用激光脈沖液相燒蝕法可以制備復(fù)合型納米材料且具備一定的優(yōu)勢(shì)。本文以復(fù)合型二氧化鈦納米材料為例，首先介紹了它的優(yōu)點(diǎn)及其部分應(yīng)用，然后對(duì)利用激光脈沖液相燒蝕法制備二氧化鈦納米材料的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，最后分析其優(yōu)點(diǎn)及不足之處。

關(guān)鍵詞:復(fù)合型納米材料;激光脈沖液相燒蝕法;二氧化鈦

目前對(duì)復(fù)合型納米材料的研究種類(lèi)繁多，研究的內(nèi)容也越來(lái)越廣泛。復(fù)合型納米材料雖然發(fā)展迅速，但在可控合成領(lǐng)域仍面臨著挑戰(zhàn)。

一、復(fù)合型納米材料的特點(diǎn)及應(yīng)用

復(fù)合型納米材料大致可以分為四類(lèi):核殼結(jié)構(gòu)、異質(zhì)型結(jié)構(gòu)、空心籠狀結(jié)構(gòu)、超支狀結(jié)構(gòu)。在這里以復(fù)合型二氧化鈦納米材料為例，介紹一下它的一些特點(diǎn)及應(yīng)用。二氧化鈦納米材料具有粒徑小，表面原子多的特點(diǎn)，因此光吸收效率很高。另外，他的比表面積大，吸附能力強(qiáng)。這也使它具備了很強(qiáng)的光催化特性，在光催化領(lǐng)域具有很好的發(fā)展前景。［1］此外它還具有良好的光散射和光反射效應(yīng)，即使在強(qiáng)酸性或堿性環(huán)境中，也具有良好的無(wú)毒性和化學(xué)惰性，在塑料、建筑和化妝品等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。［2］

二、激光脈沖液相燒蝕法的研究現(xiàn)狀

脈沖激光液相燒蝕法的原理是光與物質(zhì)的相互作用，當(dāng)脈沖激光作用于靶材上時(shí)，會(huì)在材料表面誘導(dǎo)產(chǎn)生等離子體，等離子體在溶液中迅速膨脹，發(fā)生冷卻、成核、結(jié)晶、生長(zhǎng)等一系列反應(yīng)，從而生成不同的納米材料的過(guò)程。目前，雖然復(fù)合型納米材料發(fā)展迅速，但在可控合成領(lǐng)域仍然面臨著極大的挑戰(zhàn)。過(guò)往科研人員一般采用化學(xué)合成等方法來(lái)制備納米材料，但在化學(xué)合成的過(guò)程中通常采用大量的有毒有害的化學(xué)試劑來(lái)實(shí)現(xiàn)納米材料的制備。對(duì)此部分研究人員提出用激光脈沖液相燒蝕法來(lái)制備復(fù)合型納米材料，并對(duì)于此方法的運(yùn)用做了大量的工作。［3］以下我們以用激光脈沖液相燒蝕法制備的Ti02納米材料為例，展開(kāi)分析。2008年伊朗的謝里夫科技大學(xué)的S．SHADMEHR等人。采用脈沖激光燒蝕鈦靶，在不同濃度的水溶液和SDS(十二烷基硫酸鈉)水溶液中制備了Ti02納米粒子。并研究了激光波長(zhǎng)對(duì)Ti02納米粒子尺寸的影響。發(fā)現(xiàn)隨著激光波長(zhǎng)的增加，納米粒子大小會(huì)增加。激光燒蝕制備的膠體顆粒大小可以通過(guò)改變激光波長(zhǎng)和改變燒蝕介質(zhì)來(lái)控制。并對(duì)制備的樣品進(jìn)行了甲基橙光催化實(shí)驗(yàn)，證明了Ti02納米粒子具備很好的光催化性能。2009年中國(guó)科學(xué)院固體物理研究所的PeishengLiu［2］等人。采用一步脈沖激光燒蝕鈦靶，室溫下在聚乙烯吡咯烷酮溶液中制備了TiO2納米粒子。并通過(guò)降解亞甲基藍(lán)溶液對(duì)光催化活性進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。結(jié)果顯示制備的金紅石型TiO2納米粒子光催化性能好。2012年安徽納米材料與納米技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的HeminZhang等人。在液體中激光燒蝕鈦靶。通過(guò)去除氧空位和缺陷，銀離子可以還原并沉積在TiO2納米粒子表面，制備了Ag簇?fù)诫sTiO2納米粒子。實(shí)驗(yàn)表明，銀團(tuán)簇?fù)诫sTiO2大大提高了光催化劑的效率．該方法簡(jiǎn)單有效，同時(shí)具有一定的通用性，可推廣到制備其他貴金屬和半導(dǎo)體復(fù)合材料，如Si、Ge、Sn膠體和其他貴金屬離子(Au和Pt)。2014年波蘭的Szewalski流體流體機(jī)械研究所的K．Siuzdak等人。用毫微秒激光在液體中利用燒蝕法制備了鉑改性納米二氧化鈦。結(jié)果表明與純TiO2相比，鉑改性的二氧化鈦納米粒子具有更高的光催化活性。通過(guò)上述實(shí)例發(fā)現(xiàn)，在激光脈沖燒蝕法制備納米二氧化鈦的過(guò)程中，影響因素眾多。其中溶液的性質(zhì)是主要的影響因素。溶液中的溶質(zhì)既能與靶材發(fā)生化學(xué)反應(yīng)同時(shí)還能改變液體環(huán)境的物理化學(xué)性質(zhì)。而不同的溶劑會(huì)影響生成的納米材料的尺寸。另外不同的激光器和燒蝕時(shí)間對(duì)實(shí)驗(yàn)也有很大影響。研究人員正在將激光脈沖燒蝕法的應(yīng)用形成體系，以便更好地運(yùn)用方法制備不同性質(zhì)的納米材料。

三、脈沖激光液相燒蝕法的優(yōu)點(diǎn)與不足之處

通過(guò)上述實(shí)例分析發(fā)現(xiàn)，近年來(lái)在復(fù)合型納米材料的制備方面，激光脈沖液相燒蝕法的應(yīng)用越來(lái)越多，除了具有無(wú)毒無(wú)害特點(diǎn)外，他還可以通過(guò)改變靶材和溶液的性質(zhì)，同步實(shí)現(xiàn)前期納米材料合成和后期材料表面修飾、改性。這樣就可以使實(shí)驗(yàn)的目的性更強(qiáng)，更加容易操作。另外，通過(guò)激光脈沖液相合成法制備的納米材料穩(wěn)定性更強(qiáng)，更加方便保存。當(dāng)然，液相脈沖激光燒蝕法也有一定的缺點(diǎn)，最主要的一點(diǎn)是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中的參數(shù)太多，必須要精確控制才能制備不同的材料，這也導(dǎo)致它無(wú)法像其他傳統(tǒng)方法一樣實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)化，是目前急需解決的難題。

四、結(jié)語(yǔ)

復(fù)合型納米材料與傳統(tǒng)納米材料相比，有著不少獨(dú)到的地方。通過(guò)激光脈沖液相燒蝕法，能夠更好的制備復(fù)合型納米材料，并且具有廣闊的前景。

作者：田志勇 單位：山東建筑大學(xué)理學(xué)院