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合成二氧化钛复合型纳米材料的进展

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摘要:复合型纳米材料相比普通纳米材料具有一定的特点,利用激光脉冲液相烧蚀法可以制备复合型纳米材料且具备一定的优势。本文以复合型二氧化钛纳米材料为例,首先介绍了它的优点及其部分应用,然后对利用激光脉冲液相烧蚀法制备二氧化钛纳米材料的现状进行分析,最后分析其优点及不足之处。

关键词:复合型纳米材料;激光脉冲液相烧蚀法;二氧化钛

目前对复合型纳米材料的研究种类繁多,研究的内容也越来越广泛。复合型纳米材料虽然发展迅速,但在可控合成领域仍面临着挑战。

一、复合型纳米材料的特点及应用

复合型纳米材料大致可以分为四类:核壳结构、异质型结构、空心笼状结构、超支状结构。在这里以复合型二氧化钛纳米材料为例,介绍一下它的一些特点及应用。二氧化钛纳米材料具有粒径小,表面原子多的特点,因此光吸收效率很高。另外,他的比表面积大,吸附能力强。这也使它具备了很强的光催化特性,在光催化领域具有很好的发展前景。[1]此外它还具有良好的光散射和光反射效应,即使在强酸性或碱性环境中,也具有良好的无毒性和化学惰性,在塑料、建筑和化妆品等领域有着广泛的应用前景。[2]

二、激光脉冲液相烧蚀法的研究现状

脉冲激光液相烧蚀法的原理是光与物质的相互作用,当脉冲激光作用于靶材上时,会在材料表面诱导产生等离子体,等离子体在溶液中迅速膨胀,发生冷却、成核、结晶、生长等一系列反应,从而生成不同的纳米材料的过程。目前,虽然复合型纳米材料发展迅速,但在可控合成领域仍然面临着极大的挑战。过往科研人员一般采用化学合成等方法来制备纳米材料,但在化学合成的过程中通常采用大量的有毒有害的化学试剂来实现纳米材料的制备。对此部分研究人员提出用激光脉冲液相烧蚀法来制备复合型纳米材料,并对于此方法的运用做了大量的工作。[3]以下我们以用激光脉冲液相烧蚀法制备的Ti02纳米材料为例,展开分析。2008年伊朗的谢里夫科技大学的S.SHADMEHR等人。采用脉冲激光烧蚀钛靶,在不同浓度的水溶液和SDS(十二烷基硫酸钠)水溶液中制备了Ti02纳米粒子。并研究了激光波长对Ti02纳米粒子尺寸的影响。发现随着激光波长的增加,纳米粒子大小会增加。激光烧蚀制备的胶体颗粒大小可以通过改变激光波长和改变烧蚀介质来控制。并对制备的样品进行了甲基橙光催化实验,证明了Ti02纳米粒子具备很好的光催化性能。2009年中国科学院固体物理研究所的PeishengLiu[2]等人。采用一步脉冲激光烧蚀钛靶,室温下在聚乙烯吡咯烷酮溶液中制备了TiO2纳米粒子。并通过降解亚甲基蓝溶液对光催化活性进行了监测。结果显示制备的金红石型TiO2纳米粒子光催化性能好。2012年安徽纳米材料与纳米技术重点实验室的HeminZhang等人。在液体中激光烧蚀钛靶。通过去除氧空位和缺陷,银离子可以还原并沉积在TiO2纳米粒子表面,制备了Ag簇掺杂TiO2纳米粒子。实验表明,银团簇掺杂TiO2大大提高了光催化剂的效率.该方法简单有效,同时具有一定的通用性,可推广到制备其他贵金属和半导体复合材料,如Si、Ge、Sn胶体和其他贵金属离子(Au和Pt)。2014年波兰的Szewalski流体流体机械研究所的K.Siuzdak等人。用毫微秒激光在液体中利用烧蚀法制备了铂改性纳米二氧化钛。结果表明与纯TiO2相比,铂改性的二氧化钛纳米粒子具有更高的光催化活性。通过上述实例发现,在激光脉冲烧蚀法制备纳米二氧化钛的过程中,影响因素众多。其中溶液的性质是主要的影响因素。溶液中的溶质既能与靶材发生化学反应同时还能改变液体环境的物理化学性质。而不同的溶剂会影响生成的纳米材料的尺寸。另外不同的激光器和烧蚀时间对实验也有很大影响。研究人员正在将激光脉冲烧蚀法的应用形成体系,以便更好地运用方法制备不同性质的纳米材料。

三、脉冲激光液相烧蚀法的优点与不足之处

通过上述实例分析发现,近年来在复合型纳米材料的制备方面,激光脉冲液相烧蚀法的应用越来越多,除了具有无毒无害特点外,他还可以通过改变靶材和溶液的性质,同步实现前期纳米材料合成和后期材料表面修饰、改性。这样就可以使实验的目的性更强,更加容易操作。另外,通过激光脉冲液相合成法制备的纳米材料稳定性更强,更加方便保存。当然,液相脉冲激光烧蚀法也有一定的缺点,最主要的一点是因为实验中的参数太多,必须要精确控制才能制备不同的材料,这也导致它无法像其他传统方法一样实现量产化,是目前急需解决的难题。

四、结语

复合型纳米材料与传统纳米材料相比,有着不少独到的地方。通过激光脉冲液相烧蚀法,能够更好的制备复合型纳米材料,并且具有广阔的前景。

作者:田志勇 单位:山东建筑大学理学院

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