1. 研究目的与意义
早在20世纪初期，TiO2就被广泛的应用在印刷、颜料、牙膏防晒等商业领域，研究TiO2的热潮就开始席卷全球。在众多半导体纳米材料中，二氧化钛(TiO2)由于耐腐蚀、环境友好、生物相容、光催化活性高且易于制备、价格低廉等优点，在诸多应用领域吸引了持续的关注，比如太阳能电池／光电化学池，光催化降解污染物、生物传感及药物传输等。近年来，科研工作者在二氧化钛纳米材料的制备和应用方面开展了大量的研究工作，研究表明二氧化钛纳米材料的性质不但与其物相结构和颗粒大小有关，而且与其形貌和微观结构密不可分。因此，开发简单普适的方法合成尺寸和形貌可控的二氧化钛纳米结构已引起了国内外研究者的广泛关注，我也将对此展开研究。
2. 课题关键问题和重难点
难点：制备二氧化钛纳米材料有很多方法，考虑到实验经费及实验条件的限制，本次实验我们采用水热法来制备。通过改变不同实验条件来观察二氧化钛生成的晶型及其纳米颗粒的尺寸，来确定其制备的最优条件。
关键问题1：制备的二氧化钛多为无定型的产物，并且伴有各种多分散的颗粒。
关键问题2：反应速率过快，极小的反应参数的改变就有可能导致最终产物的形貌和尺寸的剧烈变化，即反应复杂难以控制。
3. 国内外研究现状（文献综述）
1.课题研究背景与意义 随着纳米技术的发展，纳米材料以其优越的性质和广阔的发展前景得到了广大科学家的关注。纳米材料指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度或由它们作为其构成基本单元的材料，涵盖了纳米丝、纳米棒、纳米管、纳米孔等，及将以上所述材料为基本结构单元，在一维、二维及三维空间组装起来的纳米结构材料。过去几十年间，纳米科技和纳米材料的研究热度呈指数增长。纳米材料的性质与块状材料有非常大的区别，例如半导体纳米材料的电子、空穴的运动受到量子限域效应的影响、声子相关的性质都受到材料尺寸和形貌非常大的影响[1]。目前，半导体一维纳米材料已广泛应用于各种领域[2]。 在众多半导体纳米材料中，二氧化钛(tio2)由于耐腐蚀、环境友好、生物相容、光催化活性高且易于制备、价格低廉等优点，在诸多应用领域吸引了持续的关注，比如太阳能电池／光电化学池[3]，光催化降解污染物[4]、生物传感及药物传输[5]等。这些应用研究不但要利用tio2的自身特性更多地还要考虑多种功能化修饰及其与应用环境的相互作用，主要原因是其自身带隙较大只能吸收紫外区的太阳光谱，而且单一的tio2纳米材料也不能够满足广泛的实际需求[6]。因而实现tio2的各种功能修饰，对改善与提高材料性能，拓宽材料应用领域不仅具有重要的理论意义，更有重要的实际应用价值。2.课题国内外综述 在20世纪初，二氧化钛作为一种重要的过度金属氧化物，被广泛地用于涂料、油漆、防晒、牙膏等等行业。1972年，fijishima和hond等人首次发表了二氧化钛电极在紫外线的照射下，可光解水产生氢气[7-9]，这引起人们对二氧化钛材料更广泛的研究。经过40多年的研究，人们已经开发出越来越多的半导体材料，二氧化钛具有较强的光催化效果，二氧化钛半导体催化剂的化学性质很稳定，价格低廉且无毒。其光催化反应机理相当复杂[10]，于1995年，hoffmann提出了二氧化钛光催化的一般机理后，人们对光催化反应的研究和应用有了更深层次的理论认识。二氧化钛主要有金红石型、锐钛矿型和板钛矿型三种晶相。金红石矿型最稳定，锐钛矿型在室温下较稳定，其光催化效果较好。以锐钛矿型二氧化钛为例，它的禁带宽度为3.2ev，被波长小于390纳米的紫外光激发，可是可见光能量中紫外光仅占有5%~7%。近年以来，锐钛矿型二氧化钛由于其在有机物催化降解中的重要性，一直受到科研者的重视，并对它的合成方法开展了大量的研究[11]。 迄今为止，二氧化钛的合成主要有溶剂热法、溶胶凝胶法化学气相沉淀法、水热法等多种不同的制备方法。不同结构形态的二氧化钛纳米材料由于各自的特点，在各个领域中的巨大的作用，促使科研人员不断探索改进，使二氧化钛纳米材料的形貌调控的方法更多更好。3.合成方案二氧化钛纳米材料的制备方法有很多：液相法，溶胶-凝胶法，沉淀法，水解法等。其中水热法和溶胶-凝胶法是最常用的方法。使用水热法来制备本次实验所需的二氧化钛，即将p25放入试管加naoh, 超声处理后移入反应釜，放入烘箱反应, 冷却，取下层白色絮状物离心水洗，调ph，超声处理.若研究时间允许，将尝试用水热法再制备一次并与水热法制备的tio2进行比较。
4.未来发展前景 二氧化钛纳米材料在各个领域有着重要的作用是基于它其不同结构的不同特点，故而了解不同制备方法所得的产物有何形貌特点；不同形貌结构的二氧化钛所对应的理化特质；同种制备方法中各变量对产物的形成有何影响，这是本实验的研究方向。
3.参考文献[1] 张淑敏.不同形貌tio2的制备、表征及其性能研究[d].中北大学 . 2014 (08) 1460[2]张国志.二氧化钛/碳纳米复合材料的制备及其光催化性能研究[d].兰州大学 . 2014 (10) 999[3]吕少一,傅峰,王思群,黄景达,胡拉.纳米纤维素基导电复合材料研究进展[j].林业科学 . 2015 (10) 940[4] 刘芳,樊丰涛,吕玉翠,张双,赵朝成.石墨烯/tio2复合材料光催化降解有机污染物的研究进展[j].化工学报 . 2016 (05) 902[5]黄齐林.基于功能化纳米材料构建的新型酶生物传感器及其应用研究[d].华东师范大学 . 2013 (10) 3189[6] 盛鹏涛.二氧化钛纳米材料的多元敏化及其应用研究[d].湖南大学 . 2015 (09) 422[7] fujishima, a. and k. honda. electrochemical photolysis of water at asemiconductorelectrode [j] .nature. 1972(238)：37-8.[8]fujishima，a,,t. n. rao, and d. a. tryk. titanium dioxide photocatalysis. [j].journal ofphotochemistry and photobiology c：photochemistry reviews．2000．1(1)：1-2 1.[9] tryk, d. , a. fujishima, and k honda．recent topics in photoelectrochemistry：achievementsand future prospects. [j] .electrochimica acta. 2000. 45(15)：2363. 2376.[10] 张万忠,乔学亮,邱小林,etal,罗浪里.纳米二氧化钛的光催化机理及其在有机废水处理中的应用[j].人工晶体学报 . 2006 (05) 69[11] 彭兰.tio2纳米晶的形貌调控及其光催化性能研究[d].北京交通大学 . 2015 (10) 130
4. 研究方案
制备二氧化钛的方法多种多样，由于实验条件的限制，本次采取水热法制备二氧化钛纳米材料。具体方法：1.取一定量0．05mol／l草酸钛钾的水溶液，然后加 入适量的过氧化氢水溶液，使草酸钛钾与过氧化氢的摩尔比为1：200，并滴入一定量的盐酸溶液调整混合 溶液的ph值。
2.上述溶液快速搅拌均匀后，溶液颜色 由透明变为暗红色。
3.混合溶液反应完全后继续搅拌一 定时间。将所得混合溶液转移至反应釜中，150℃加热 处理0．5～5h，停止加热。
5. 工作计划
2022年12月18日~2022年1月4日查阅文献，翻译英文文献。
2022年1月4日~2022年1月7日完成开题报告初稿。
2022年1月7日~2022年1月10日完成开题报告。
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