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第1章 绪论1

1.1 半1导体和纳米材料1

1.2 纳米半导体的特殊性质4

1.2.1 光学特性4

1.2.2 光催化特性8

1.2.3 光电转换特性9

1.2.4 电学特性9

1.3 金属氧化物的缺陷和半导体性质10

1.3.1 晶体的不完全性10

1.3.2 半导体性质与缺陷13

1.4 纳米半导体的应用13

1.4.1 半导体光催化性13

1.4.2 气敏性与传感器18

1.4.3 新型能源应用19

1.4.4 信息材料19

参考文献20

第2章 氧化钛的晶体结构及光谱特征23

2.1 阴离子的密堆积方式23

2.1.1 阴离子的排列方式23

2.1.2 六方密堆积和四方密堆积24

2.2 氧化钛的晶体结构25

2.2.1 金红石27

2.2.2 板钛矿30

2.2.3 锐钛矿32

2.3 氧化钛三种晶相的物理性质对比34

2.4 纳米氧化钛的光谱特征35

2.4.1 X射线衍射（XRD）35

2.4.2 紫外可见光漫反射吸收光谱（UV-vis）36

2.4.3 拉曼光谱（Raman）37

参考文献38

第3章 纳米氧化钛的光催化原理39

3.1 氧化钛的能带结构40

3.2 化合物半导体的光催化原理42

3.3 光催化剂与反应物的表面结合态45

3.4 纳米光催化剂的效应46

3.4.1 能级移动46

3.4.2 光激发位置趋近表面47

3.4.3 电荷分离的空间变小47

3.4.4 表面积增大47

3.5 光催化反应速率、效率的影响因素48

3.5.1 催化剂48

3.5.2 光源与光强49

3.5.3 有机物浓度49

3.5.4 pH值50

3.5.5 外加催化剂50

3.5.6 盐51

3.5.7 反应温度51

3.5.8 表面螯合和共价作用的吸附物51

参考文献52

第4章 纳米氧化钛粉体的制备和表征54

4.1 纳米粉体制备概述55

4.1.1 物理法制备纳米粉体55

4.1.2 化学法制备纳米粉体56

4.1.3 纳米氧化钛的制备科学57

4.1.4 工业生产氧化钛微粉的方法58

4.2 四氯化钛水解法制备纳米氧化钛粉体60

4.2.1 TiCl4的水解条件60

4.2.2 TiCl4水解的反应流程61

4.2.3 TiCl4水解的反应机理61

4.2.4 TiCl4水解法所制的纳米氧化钛粉体的特性63

4.2.5 纳米氧化钛粉体的相变73

4.2.6 TiCl4水解法制备金红石相纳米氧化钛粉体78

4.3 溶胶－凝胶法制备纳米氧化钛粉体86

4.4 水热法制备纳米氧化钛粉体88

4.4.1 概述88

4.4.2 pH值的影响91

4.4.3 溶液浓度的影响92

4.4.4 水热温度的影响92

4.4.5 反应时间的影响92

4.5 气相法制备纳米氧化钛粉体93

4.6 微乳液法制备纳米氧化钛粉体94

4.6.1 微乳液的基本概念和原理94

4.6.2 制备氧化钛介孔膜97

4.6.3 制备氧化钛纳米晶97

4.6.4 制备氧化钛的复合物99

4.7 纳米粉体的干燥技术100

参考文献101

第5章 氧化钛纳米晶的光催化活性104

5.1 影响光催化活性的因素105

5.1.1 纳米结构对光催化活性的影响105

5.1.2 商品纳米晶光催化剂111

5.1.3 光催化体系中的影响因素111

5.1.4 光量子产率的极限和提高其量子产率的措施114

5.2 光氧化反应中氧化钛的光催化活性116

5.2.1 苯酚及光催化反应部分中间体浓度的分析116

5.2.2 总有机碳含量（TOC）分析117

5.2.3 未通氧条件下氧化钛纳米晶的光催化活性119

5.2.4 氧化钛纳米晶的光催化活性119

5.2.5 氧化钛纳米晶对苯酚深度矿化的选择性119

5.2.6 煅烧温度对氧化钛纳米晶光催化活性和深度矿化选择性的影响121

5.2.7 氧化钛纳米晶催化后变色的红外光谱研究124

5.3 通氧条件下氧化钛纳米晶的光催化活性125

5.3.1 氧化钛纳米晶的光催化活性126

5.3.2 氧化钛纳米晶对苯酚深度矿化的选择性126

5.3.3 煅烧温度对氧化钛纳米晶光催化活性和深度矿化选择性的影响127

5.3.4 苯酚光催化降解的机理128

5.3.5 回收的光催化剂的催化活性129

5.4 光还原反应中氧化钛纳米晶的光催化活性130

5.4.1 铬酸根光催化降解率的测定130

5.4.2 影响铬酸根光催化降解率的因素131

5.5 金红石相氧化钛纳米晶的光催化活性136

5.5.1 苯酚光催化降解反应中的活性138

5.5.2 铬酸根光催化降解反应中的活性139

参考文献142

第6章 纳米氧化钛薄膜制备、表征与光催化性能144

6.1 液相沉积法制备纳米氧化钛薄膜146

6.1.1 液相沉积法简介146

6.1.2 液相沉积法制备TiO2薄膜147

6.1.3 TiO2薄膜的形貌观察与结构表征148

6.1.4 液相沉积法制备的TiO2薄膜的光催化性能153

6.2 溶胶－凝胶法制备纳米氧化钛薄膜159

6.2.1 溶胶－凝胶法简介159

6.2.2 溶胶－凝胶法制备TiO2薄膜161

6.2.3 溶胶－凝胶法制备TiO2薄膜的形貌和结构表征163

6.2.4 溶胶－凝胶法制备TiO2薄膜光催化性能的研究166

6.3 化学气相沉积法制备纳米氧化钛薄膜167

6.3.1 化学气相沉积法简介167

6.3.2 化学气相沉积法制备TiO2薄膜170

6.3.3 化学气相沉积法制备TiO2薄膜的光催化性能171

6.3.4 制备过程中少量的水对TiO2薄膜物理性质的影响173

6.4 热分解法制备氧化钛薄膜176

6.4.1 热分解法简介176

6.4.2 热分解法制备TiO2薄膜176

6.4.3 热分解法制备TiO2薄膜光催化NO分解180

6.5 磁控溅射法制备纳米氧化钛薄膜181

6.5.1 磁控溅射法简介181

6.5.2 磁控溅射法制备TiO2薄膜与光催化性能184

参考文献188

第7章 在孔材料中修饰氧化钛和多孔氧化钛的制备、表征与光催化性能190

7.1 在沸石分子筛中组装氧化钛190

7.1.1 沸石分子筛简介190

7.1.2 沸石分子筛中组装氧化钛光催化剂的制备192

7.1.3 沸石分子筛中组装氧化钛光催化剂的结构表征192

7.1.4 沸石分子筛中组装氧化钛光催化剂的催化性能195

7.2 在介孔材料孔道表面修饰氧化钛198

7.2.1 介孔材料的孔道结构198

7.2.2 氧化钛修饰MCM-41的合成与结构表征201

7.2.3 其他钛前驱体合成氧化钛修饰MCM-41的合成与结构表征207

7.2.4 以TiCl4为钛源制备氧化钛修饰的介孔材料217

7.3 多孔氧化钛的制备及其物理化学性质224

7.3.1 多孔氧化钛的简介224

7.3.2 多孔氧化钛的制备225

7.3.3 多孔氧化钛的结构表征226

7.3.4 钛硅复合粉体及多孔氧化钛的光催化活性232

参考文献235

第8章 纳米氧化钛的复合光催化材料238

8.1 纳米氧化钛颗粒与其他半导体化合物复合241

8.2 纳米金属微粒和金属离子掺杂的氧化钛薄膜244

8.2.1 纳米金属Ag掺杂的氧化钛薄膜244

8.2.2 金属离子W6+掺杂的氧化钛薄膜247

8.3 修饰在介孔上的氧化钛表面沉积纳米贵金属颗粒249

8.4 多孔氧化钛沉积纳米贵金属颗粒254

参考文献259

第9章 纳米氧化钛的实际应用260

9.1 太阳能电池260

9.1.1 纳米晶TiO2膜261

9.1.2 染料敏化剂262

9.1.3 电解质264

9.1.4 对电极265

9.2 污水处理用太阳能光反应器的类型265

9.2.1 PTR268

9.2.2 CPCR269

9.2.3 管式光反应器271

9.2.4 DSSR271

9.2.5 TFFBR272

9.2.6 几种太阳能光反应器反应效率的对比273

9.3 空气净化器275

9.4 防雾及自清洁涂层279

9.5 抗菌材料282

参考文献285

第10章 纳米光催化材料的应用前景展望287