二氧化钛(TiO2)纳米材料具有光催化活性好、光电效应、耐光腐蚀能力强、本身稳定性高、环境友好、价格相对低廉及对人体无毒性等优点,TiO2已成为光催化降解污染物领域人们最感兴趣、研究最深入的一种半导体材料。TiO2纳米材料的光化学活性、折射率等物理化学性质及其应用与材料本身的晶型、形貌、尺寸和微结构有着很大的关系。因此,如何有效而精确地调控纳米TiO2的晶型和形貌,从而更好地实现TiO2纳米材料的各种功能,扩展材料的应用领域,一直是材料和催化领域研究的焦点。本论文主要集中在制备不同晶型的纳米二氧化钛(锐钛矿,金红石,板钛矿)以及不同晶型比例的纳米二氧化钛(锐钛矿-金红石,锐钛矿-板钛矿),通过控制反应体系中不同的添加剂,实现了TiO2纳米材料晶型的控制和转变,在实验的基础上提出了不同晶型TiO2的生成及转变机理；并研究了不同晶型比例对光催化性能的影响。另外,本次工作通过乙醇-水共溶剂在低碱条件下制备不同形貌的钛酸钠纳米结构,成功制备出钛酸钠纳米片、纳米管和纳米线；并以溶剂热制备的钛酸钠纳米纤维为前驱体,通过不同的合成方法制备不同形貌的TiO2。论文的主要内容如下：1.微乳液为媒介的溶剂热体系下制备不同晶相结构的TiO2及生成机理研究。本文采用了一种W/O型微乳液为媒介的溶剂热合成方法,成功制备了具有不同锐钛矿-金红石比例的纳米TiO2光催化剂。采用易操作的三氯化钛水溶液作为钛源,通过在微乳液水相中加入不同的添加剂实现对TiO2晶型及形貌的控制。在路线一中,尿素作为“原位pH调节剂”,水解产生OH-,使得TiCl3在水解、结晶成核过程中[TiO6]八面体更有利于锐钛矿的生成。通过简单的改变尿素的用量,TiO2中锐钛矿和金红石的含量能够成功得到控制。对不同锐钛矿-金红石比例的光催化剂进行光催化活性测试,发现锐钛矿-金红石混晶结构能够提高光催化活性,其中含47.6%锐钛矿的样品表现出最高的光催化活性。在路线二中,氟化铵(NH4F)作为添加剂,F-与Ti3+能够发生强配位反应,使得[TiO6]八面体在生长过程中更倾向于生成锐钛矿。通过简单的改变微乳液水相中NH4F的用量,即能够成功地控制纳米Ti02中锐钛矿的含量。2.水热体系下制备不同晶相结构的TiO2及生成机理研究。第一,在酒石酸辅助的碱性水热体系中,通过在体系中添加不同量的酒石酸实现了对产物TiO2中锐钛矿和板钛矿的含量和形貌的控制。酒石酸作为一种典型的α-羟基羧酸,能与Ti中心发生强力配位作用,由于羧基的位阻效应使得更有利于锐钛矿的生成。光催化活性测试发现锐钛矿-板钛矿混晶结构能够提高光催化活性,其中含21.3%板钛矿和78.7%锐钛矿的样品表现出最高的光催化活性。第二,在酒石酸辅助的酸性水热体系下,通过简单地改变体系中酒石酸用量,纳米TiO2中锐钛矿和金红石的含量能够成功地得到调节,而酒石酸对TiO2晶型的调节程度可以通过体系中NaCl浓度来控制,这是因为酒石酸和Cl-离子竞争与Ti配位,Cl-离子更有利于金红石的生成。第三,在氨水水热体系下,其中TiCl3水溶液作为钛源,NaCl作为添加剂,200℃水热条件下能够得到不同锐钛矿与板钛矿比例的TiO2；通过改变体系的氨水/H2O比例和NaCl的浓度达到控制TiO2晶型的目的,相同氨水/H2O比例下,NaCl浓度越大,产物中板钛矿含量越大；NaCl浓度一定条件下,氨水/H2O比值越大,产物中板钛矿含量越大。反应过程中Na+离子比NH4+离子更能维持层状钛酸盐的结构,层间插入Na+的钛酸盐结构能够向板钛矿TiO2转晶。不同锐钛矿与板钛矿比例的TiO2光催化活性测试,发现混相结构的产物表现出较高的光催化降解RhB的活性。3.钛酸钠纳米材料的形貌控制及以钛酸盐为前驱体制备TiO2光催化剂第一,我们采用了一个乙醇和水作为混合溶剂的低碱(NaOH)浓度的溶剂热体系,制备不同纳米结构的钛酸钠,包括纳米片、纳米管和纳米线,并证实了此混合溶剂可以在低碱浓度和低温下促进纳米管的生成。混合溶剂中的OH-实际浓度仅有0.58 mol/L,这个值大大低于传统的方法(lOmol/L NaOH)。我们深入研究了溶剂热温度,H2O/C2H5OH体积比,NaOH用量,共溶剂对纳米结构的影响。较低反应温度得到的产物主要是钛酸钠纳米管；更高的温度下有利于纳米线的形成。在相对较高的温度(180℃)和相同NaOH用量的基础上,简单地改变H2O/C2H5OH体积比可以得到不同的钛酸钠纳米结构。第二,以特殊形貌的一维钛酸盐纳米材料为前驱体,我们利用不同的合成方法制备得到了不同形貌和晶型的TiO2光催化剂。具体方法有：以HF、尿素为辅助的二次水热法处理钛酸纳米线得到不同形貌的微米级TiO2；苯甲醇与水组成的非均相反应体系,通过二次水热法处理钛酸纳米线制备高光催化活性的TiO2,简单的改变体系中苯甲醇与水的比例,即能得到不同形貌的产物；以钛酸纳米纤维为前驱体,煅烧热处理制备不同晶型的TiO2。