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TiO2是一种重要的无机功能材料，在许多领域内都有广泛的应用前景。例如用作太阳能电池[1]、电子陶瓷、湿度传感器、高级涂料和防晒化妆品等。随着人们对环境保护的关注，TiO2作为光催化材料一直是近年来材料科学和催化化学研究的热点[2-4]。纳米级的TiO2由于其粒径小，表面活性高，具有独特的小尺寸效应、表面效应和量子效应，成为光催化的首选材料．纳米TiO2能有效减少光生电子和光子的复合，增强TiO2的氧化还原能力。同时纳米TiO2巨大的表面能，可以将反应物吸附在其表面，有利于催化反应的进行。而且TiO2无毒，具有良好的化学稳定性，对许多细菌具有杀菌作用，是环保型催化剂。纳米粒子的制备方法有多种，利用反相微乳液作为媒介制备纳米TiO2已引人们的日益重视[5-6]。反相微乳液（W/O型）是在表面活性剂作用下，由水相高度分散在油相中形成热力学稳定的体系．油水界面上表面活性剂形成有序组合体，水核被表面活性剂单分子层包围，类似于“微型反应器”，是制备纳米粒子理想的媒介。在反相微乳液中，适当控制反应条件可以大大降低粒子间的团聚，得到粒径均匀的纳米粒子。Chhabra等[7]以氨水与TiCl4为原料，在反相微乳液中反应制备纳米TiO2，粒子粒径在20-30nm，但是粒子团聚比较严重。本文采用Gemini/环己烷/氨水微乳液体系中溶解钛酸正丁酯（TNB）制备了粒径小、分散均匀的TiO2纳米粒子，并考察了水与表面活性剂摩尔比和钛酸正丁酯浓度等因素对粒子粒径的影响。0文献综述0.1纳米材料概述纳米材料和技术是纳米科技领域最富有活力、研究内涵十分丰富的学科分支。以“纳米”来命名的材料出现在20世纪80年代，它作为一种材料的定义把纳米颗粒限制到1~100nm范围。在纳米材料发展初期，纳米材料是指纳米颗粒和由它们构成的纳米薄膜和固体。现在广义地说，纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料[8]。三维以下的纳米材料可称为低维纳米材料[9-10]。若按形貌划分，纳米材料的基本单元可分为实心球、棒状、线状、管状、须状、空心球以及其它形状等纳米粒子。由于纳米材料的光学、电学等特性往往与其基本单元的形貌有关，因此，形貌控制合成就应运而生。纳米材料的制备在当前纳米材料科学研究中占据极为重要的地位，其关键技术是控制材料的大小和形貌并获得较窄的粒度分布。纳米材料科学是原子物理、凝聚态物理、胶体化学、固体化学、配位化学、化学反应动力学和表面、界面科学等多种学科交叉汇合而出现的新学科生长点。由于纳米材料尺寸小，可与电子的德布罗意波长、超导相干波长及原子玻尔半径相比拟，电子被局限在一个体积十分微小的纳米空间，电子运输受到限制，电子平均自由程很短，电子的局域性和相干性增强。尺度下降使纳米体系包含的原子数大大降低，宏观固定的准连续能带消失了，而表现为分立的能级，量子尺寸效应十分显著，这使得纳米体系的光、热、电、磁等物理性质与常规材料不同，出现许多新奇特性。过去通常把纳米粉末的制备方法分为两大类：物理方法和化学方法。如：液相法和气相法属于化学方法，而机械粉碎法则归为物理方法。目前主要将纳米粉末的制备方法分为气相法、液相法和固相法三种。0.1.1纳米材料的制备方法气相法该方法利用金属化合物蒸汽的化学反应合成纳米材料。其特点产品纯度高，粒度分布窄。主要有以下几种方法：(l)气体冷凝法(2)活性氢—熔融金属反应法(3)溅射法(4)通电加热蒸发法(5)激光诱导化学气相沉积(LI-CVD)(6)爆炸丝法液相法该法均以均相的溶液为出发点，通过各种途径使溶质与溶剂分离，溶质形成一定形状和大小的颗粒，得到所需粉末的前驱体，热解后得到纳米微粒。主要有以下几种方法:(l)沉淀法(2)喷雾法(3)水热法(高温水解法)(4)冷冻干燥法(5)溶胶-凝胶法(6)辐射化学合成法。固相法固相法是通过从固相到固相的变化来制备粉体，主要包括热分解法、固相反应法和机械粉碎法等。(l)热分解法(2)固相反应法(3)火花放电法(4)高能球磨法。0.1.2纳米粉末的应用当粒子尺寸进入纳米量级时，由于其本身具有的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，因而展现出许多特有的热学、磁学、光学、表面活性及敏感性、光催化性等物理特性以及吸附、分散和团聚等化学特性。这些特性使得纳米微粒和纳米固体呈现许多奇异的物理、化学性质，出现一些“反常现象”。因此在磁性材料、电子材料、光学材料、高致密材料及新材料的烧结、催化、传感、陶瓷增韧等方面有广阔的应用前景，同时也将推动基础研究的发展。纳米微粒由于尺寸小，表面能占的体积百分数大，表面的键态和电子态与颗粒内部不同，表面原子配位不全等导致表面的活性位置增加，这就使它具备了作为催化剂的基本条件。随着粒径的减小，表面光滑程度变差，形成了凹凸不平的原子台阶，这就增加了化学反应的接触面。有人预计纳米粒子催化剂在21世纪很可能成为催化反应的主要角色。纳米粉体催化剂主要有TiO2、Al2O3、MgO、SnO2和Ni等。其中TiO2因其易得、耐腐蚀、对光稳定以及较强的光催化氧化能力而一直倍受人关注。0.2纳米TiO2概述0.2.1纳米TiO2的特点纳米TiO2是目前应用最广泛的光催化材料，也是最具有开发前途的绿色环保型催化剂。近年来，微纳米级的TiO2因为其在光催化处理污染物、抗菌剂、食品包装、药物添加剂、高级涂料、太阳能电池及防晒剂等方面有着重要的应用而倍受重视。纳米TiO2有粒径小、透明、紫外线吸收性能强以及光电催化和抗菌等特性。特别的，由于TiO2氧化活性较高、化学稳定性好、对人体无毒害、成本低、无污染等优点，能处理多种有毒化合物，包括工业有毒溶剂、化学杀虫剂、木材防腐剂、染料及燃料油等。此外，TiO2光催化技术也被用于无机污染物的处理，TiO2光催化可能降解的无机污染物还有氰化物，SO2、H2S、NO和NO2等有害气体也能被吸附在TiO2表面，在光的作用下转化成无毒无害物质。0.2.2纳米TiO2材料制备方法TiO2主要以锐钛矿、金红石和板钛矿3种晶形存在，它们的物理性质、光学活性以及应用领域都不相同，其中锐钛矿型和金红石型是当前TiO2的主要产品，金红石型比锐钛矿型TiO2更稳定、紧密，而且有着较高的硬度、密度和介电常数及折射率，因此在热稳定性、化学稳定性等方面均优于锐钛矿型TiO2[11-13]。目前，制备纳米金红石型TiO2的方法很多，如凝胶-溶胶法[14~17]、水热法[18~22]、气相沉积法[23-24]，但这些方法的反应条件都比较苛刻。尽管气相法制备的纳米TiO2粉体纯度高、粒度小、单分散性好，但其制备设备复杂、能耗大、成本高。相比之下，液相法具有合成温度低、设备简单、易操作等优点，是目前实验室和工业上广泛采用的制备方法。在制备纳米TiO2的液相法中，溶胶-凝胶法和醇盐水解法以昂贵的钛醇盐为原料，且须经过高温煅烧(通常＞800℃)才能得到金红石型产物；水热法虽能直接生成晶型TiO2产物，但其设备要求高，操作复杂，能耗大。致使纳米粉体的应用严重受制于粉体的质量和造价。因此，探索性能好、成本低以及便于工业化规模生产的纳米TiO2粉体的液相合成新工艺，对发挥纳米TiO2的优异性能、促进其在涂料等领域的应用十分重要。而微乳液法因其独特的优点近年来被广泛采用，为目前一种极具发展潜力的制备纳米材料的热门技术。0.3微乳液法制备纳米TiO2近年来，出现了用微乳液法制备金红石型TiO2纳米材料的报道。此种方法制备纳米颗粒的特点是操作简单、粒径大小可控、粒子分散性好等，与传统的化学制备方法相比具有明显的优势。微乳液是由水、油(有机溶剂)、表面活性剂和助表面活性剂组成的透明或半透明的、各向同性的热力学稳定体系，由大小均匀、粒径在10nm左右的小液滴组成，具有粒子细小、大小均一、稳定性高等特点。根据体系中水油比例及微观结构，微乳液可分为正相微乳液(O/W)、反相微乳液(W/O)和双连续型微乳液。W/O型微乳液是在表面活性剂作用下，水溶液高度分散在油相中形成低粘度的热力学稳定体系。作为一种新颖的液相化学方法，反相微乳液法已被用来制备各种纳米材料。这一方法的关键之一是使每个含有前驱体的水溶液液滴被一连续油相包围，前驱体不溶于该油相中，也就是要形成油包水(W/O)型微乳液。在W/O型微乳液中的水核被表面活性剂和助表面活性剂所组成的单分子界面层所包覆，故可以看作是一个“微型反应器”，其大小可控制在几到几十个纳米之间，尺度小且彼此分离，是制备纳米粒子的理想反应介质。微乳液法的优点主要有以下几点：①粒径分布较窄，且较易控制。由于成核生长是在微泡中进行，微泡的大小决定了微粒的大小。通过控制溶剂剂量和表面活性剂用量及适当的反应条件，可以较易获得粒径均匀的纳米微粒。②通过选择不同的表面活性剂分子对粒子表面进行修饰，可获得所需特殊物理、化学性质的纳米材料。③由于粒子表面包覆一层(或几层)表面活性剂分子，不易聚结，得到的有机溶胶稳定性好，可较长时间放置。④纳米粒子表面的表面活性剂层类似于一个“活性膜，该层可以被相应的有机基团取代，从而制得特定需求的纳米功能材料。⑤纳米微粒表面的包覆，改善了纳米材料的界面性质，同时显著地改善了其光学、催化及电流变等性质。（1）反相微乳液法反相微乳液法对于控制产品的微粒半径有独到的优势，由于反应是在高分散状态下供给的，可以防止反应物局部过饱和，因此所得微粒通常非常细且是单分散的：又由于微粒表面包覆着一层表面活性剂，所以不易团聚，而且还可通过选择不同的表面活性剂直接对纳米粒子进行修饰。另外该法试验装置简单，操作方便、易于控制亦是其显著的优点。（2）反相微乳液制备纳米粒子的两种反应机理把微乳液作为微反应器时，反应物的加入方式主要有直接加入法和共混法两种，其反应机理分为渗透反应机理和融合反应机理，如下图所示。以A+B→C↓+D为反应模型，A、B为溶于水的反应物质，C为不溶于水的沉淀，D为副产物。直接加入法―渗透反应机理：首先制备增溶A的W/O型的微乳液系统，然后向其中加入反应物B，经过扩散和渗透通过表面活性剂膜，进入“水池”。A、B在“水池”中反应得到纳米粒子。该反应过程受到渗透扩散的控制。共混法―融合反应机理：混合含有相同水油比的两种反相微乳液，一种增溶A，另一种增溶B。两种微乳液液滴通过碰撞、融合、分离、重组并使产物成核、生长，最后得到纳米颗粒。反应物是高度分散状态供给的，能防止其局部过饱和现象，从而使微粒的成核及生长过程能匀速进行，制备理想的单分散纳米颗粒。另外，可通过调节组成和控制水池大小制备所需尺寸的粒子。这样颗粒可在“水池”中保持稳定状态，而不引起聚结。反相胶束法合成纳米微粒的粒径通常比单个“水池”的直径要小，控制“水池”的大小，可以控制粒子粒径。