（1）气相法
气相法是直接利用气体或通过各种手段将物质变为气体，使之在气态下发生物理变化或化学变化，最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米粒子的方法。无机钛盐或有机钛盐如TiCl4为原料的氢氧火焰水解法、气相氧化法；钛醇盐的气相水解法、气相分解法等。气相法制备的纳米TiO2具有粒度好、化学活性高、粒子呈球形、凝聚粒子小、可见光透光性好及吸收紫外线以外的光能力强等特点，但产率低，成本高。因而制备纳米TiO2光催化剂多采用液相法[22]。
（2）液相法
液相法是生产各种氧化物微粒的主要方法。它的基本原理是：选择一种或多种合适的可溶性金属盐，按所制备的材料组成计量配制溶液，再选择一种沉淀剂(或用蒸发、升华、水解等方法)使金属离子均匀沉淀(或结晶出来)。主要包括有水热合成法、水解法、溶胶-凝胶(sol-gel)法、沉淀转化法(相转移法)、W/O微乳液法等[23]。
水热合成法制备纳米材料的技术始于1982年。近年来，水热法由于原料易得、反应温度低等特点成为最有应用前景的方法之一，其基本方法是：在衬有腐蚀材料的密闭高压反应釜中加入前驱体，按一定的升温速度加热，待高压釜升至所需温度后，恒温晶化，卸压后经洗涤、干燥即可得纳米级TiO2。该方法的优点在于制备的纳米TiO2粉体晶粒生成完整，原始粒径小，分布较均匀，加之原料要求不高，成本相对较低。但反应条件一般为高温、高压，因而对设备材质、安全要求较严格。
溶胶-凝胶法[24]一般是以有机钛盐如钛酸四丁酯为原料，无水乙醇等醇类为有机溶剂，制得均匀溶胶，加入一定量的酸溶液，起抑制水解的作用，再转变成透明凝胶，经干燥热处理即可得TiO2纳米粒子。该法制得的产品纯度高，颗粒细，烘干后颗粒自身的烧结温度低，但凝胶颗粒之间烧结性差，块状材料烧结性不好，干燥时收缩大。吴凤清等人[25]以钛酸四丁脂为钛源用硬脂酸做溶剂的硬脂酸凝胶(SAG)法在本质上也属于溶胶凝胶的方法范畴，这种方法是将硬脂酸在一定温度下熔化，在搅拌状态下迅速加入一定质量比的钛酸四丁脂，混合均匀后置于冷水浴中，使其凝固。将凝固的原坯粉粉碎后于一定温度下进行焙烧得到纳米二氧化钛。
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水解法是控制钛盐的水解速度，使钛盐（主要指无机钛盐）在严格控制的条件下水解，亦可制得纳米TiO2粉末。张青红等[26]通过溶液的酸碱度来控制TiCl4水解，得到纯锐钛矿相纳米氧化钛粉末。高荣杰等人[27]则以TiCl4为主原料，用NH4NO3实现对水解的控制得到不同晶型的TiO2。祝迎春等人[28]利用少量乙醇、乙氰、丙酮等小分子配位体作稳定剂，通过TiCl4在低温下控制水解反应，制备了具有明显量子尺寸效应的胶体和超微细粉末。李燕[29]以无机钛盐TiCl4为原料，利用醇一水溶液加热法制备了锐铁矿相纳米级TiO2粒径小于10nm，该粉在450℃-560℃温度范围内开始由锐钛矿相向金红石相转变。陈洪龄等[30]利用四氯化钛和三乙醇胺形成可溶性络合物，在较高钛的浓度下控制水解，制备出形状统一、大小均匀的锐钛矿型二氧化钛纳米颗粒粉体。陈代荣[31]、于网林[32]、武瑞涛[33]等分别以Ti(SO4)2为原料，采用沸腾回流水解的方法制备了纳米TiO2粉末。水解法制备纳米TiO2方法操作简单，成本相对低廉；而且控制不同条件可以直接得到其它方法需经高温下煅烧才能得到的金红石型二氧化钛[34]。但在洗涤过滤和干燥过程中易发生流失和团聚，使纳米二氧化钛的收率和粒径不理想，若能克服洗涤干燥过程的流失、团聚问题，该法当为最经济的方法。
W/O微乳液法利用微乳液的结构，从根本上限制了颗粒的生长，使超细粉末的制备变得容易[35]，在W/O微乳液中的水就是一个“微型反应器”，其大小可以控制在几到几十纳米之间，尺度小且彼此分离，是理想的反应介质，反应体系分散在W/O微乳液水相中，可有效地控制二氧化钛纳米粉末的尺寸，是极有前途的研究方向，其重点是降低成本和减轻团聚。相转移法是由钛盐在碱性条件下水解沉淀后，再立即用酸胶溶，然后干燥制得纳米二氧化钛[36，28]。
液相法最后都离不开干燥的步骤，不同的干燥方法对粉体的性能影响很大。选择适宜的干燥方法可以减少团聚的发生。比如微波干燥能在瞬间渗透到被加热物体中，无需热传导过程，数分钟就能把微波转换为物质的热能，因此加热速度快，干燥效率高，缩短了干燥时间，减少了颗粒团聚的几率，从而更易得到颗粒均匀的细小粉体[37]，此外真空冷冻干燥[38]、超临界干燥[39]、用醋酸络合的方法来钝化表面[40]、用正丁醇负压蒸馏的方法[41]都能有效防止团聚的发生。
除了上述制备二氧化钛的基本方法外，为了使所得粒子团聚少，粒径尺寸均匀，还往往采取一些强化过程的手段。比如在反应过程中施加超声或微波手段，
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减小温度梯度和搅拌切力的负面影响，促进微小晶核的生长速度并最终影。响晶体生长的动力学，实现对产品粒径的控制[42，43]。 四、
纳米TiO2光化学的应用
光催化技术治理环境污染
(1)
近十几年来，大气污染引起人们的极大关注。光催化能在室温下利用空气中的水蒸汽和氧去除污染物，与需要在较高温度下进行、操作步骤复杂的其它多相催化方法比较，具有显著的优越性。研究发现，在紫外光照射下，以锐态型TiO2为催化剂，空气中的苯系物、卤代烷烃、醛、酮、酸等有机物以及二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮等无机物都能有效地降解去除。最近将光催化大气净化材料应用于建筑物外墙表层[44]，可实现大气净化与建材功能一体化，具有广阔的应用前景。
自清洁技术作为光催化应用的一个特例，已大量应用于民用建筑上。在普通玻璃或瓷砖等表面涂覆一层纳米TiO2认薄膜。在紫外线的诱发下，玻璃具有超亲水性和对有机物的氧化分解性，使污物不易在表面附着，即使附着也是同表面的外层水膜结合，在水淋冲力等作用下，能自动从TiO2表面剥离下来。采用自清洁材料可以大大降低清洁费用，以及清洁剂对环境的污染。此外，自清洁玻璃因其超亲水特性，使得薄膜表面能维持高度的透明性，可用于运输工具的窗玻璃、后视镜等物品。光自洁高压陶瓷绝缘子可以减少污物引起的闪络和击穿，增加电网的稳定性，光自洁高压陶瓷绝缘子技术已进入中试阶段[45]。
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作为半导体在废水污染物处理中的应用
对于抗生素、染料企业的高毒性低浓度废水，用传统的生物处理很困难，但由于光催化技术有很大优势，将能很快进入实用化阶段。
新型光催化剂的开发TiO2因其稳定性好、成本低、光催化活性强、对人体无害等性质，最具应用价值，是研究最深入、广泛的光催化剂，但由于TiO2能吸收紫外光，太阳光能的利用率低，光催化反应效率低。扩展TiO2的可见光谱响应成为当前研究的重点。将金属掺杂进TiO2，利用杂质离子来改变半导体中电子和空穴的浓度。在光照作用下，因掺杂引起的电子跃迁的能量要小于禁带宽度，使其光谱响应向可见光方向移动。而利用非金属如氮、碳、硼等掺则可移动价带位置，也可使其光谱响应向可见光方向移动。TiO2与其它半导体化合物，如窄禁带的CdS等复合形成复合型半导体，也可以改变其光谱响应。基于光活性染料吸附于
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光催化剂表面的性质，在TiO2中加入一定量的光敏染料，以扩大其激发波长范围，增强光催化反应效率，对于提高光催化性能也具有重要意义，并在处理染料废水中得到应用[45]。
(3)
光催化杀菌
光催化杀菌是利用光激发后，催化剂表面生成的活性羟基、超氧离子、过羟基和双氧水的强氧化能力与生物大分子如脂类、蛋白质、酶类以及核酸大分子发生反应，直接损害或通过一系列氧化链式反应而对生物细胞结构引起广泛的损伤性破坏。比起传统的担载于沸石、磷酸锆、易熔玻璃、硅胶、活性炭等载体上的无机抗菌剂银、铜、锌等金属离子，光催化灭菌具有抗菌与杀菌效果迅速、杀菌能力强、同时具有抗菌和杀菌效应等特点[46]。光催化杀菌可望应用在饮用水的深度处理、提供高质量的饮用水方面以及利用太阳能综合治理受病菌污染的水源以及藻类等微生物泛滥引起的水质恶臭的治理等等。
基于TiO2光催化反应分解有机物的性质使其具有抗菌特性。当前纳米TiO2抗菌材料已引起人们的普遍关注。纳米TiO2以其优异的光催化抗菌能力，在家电制品、日用品、建筑材料、纤维制品、文具、玩具以及医药卫生等方面显示出广阔的应用前景[45]。
(4)
光电化学太阳电池
基于光化学和光电化学的染料敏化太阳电池和聚合物电池具有制备工艺简单、成本低廉、可制成柔性器件的特点，是非常具有应用前景的一类太阳电池。
染料在染料敏化电池中起着吸收光能进行电荷分离作用。通过设计合成新型染料，可以扩展染料的吸光范围，将染料的吸收光范围由目前的800nm扩展到900nn，甚至1000nm，使染料能级与半导体纳晶电极匹配，加速电荷的注入，就有可能提高电池的吸收效率，及光电转换效率。与金属配位染料相比，有机染料通常具有强的光吸收系数，但吸收范围窄，可将多种不同吸光范围的染料共吸附在半导体上，可实现染料对光的宽光谱吸收。同时染料的共吸附还能有效地抑制暗电流和染料聚集体的形成，进一步提高光电转换效率。开发新型全有机染料、聚合物染料来取代含贵金属钉的染料，还能有效降低电池成本，减少对稀缺资源的依赖。
半导体纳晶起着负载染料、输运电子和离子的作用，是染料敏化电池的关键材料之一。探索TiO2以外的其他半导体，优化工艺，制备大比表面的半导体纳晶
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电极，结合光散射、反射层等陷光技术，均是提高电池光电转换效率的重要途径。此外，通过半导体表面改性修饰来降低复合、提高光电压也获得了良好的效果。用有序的纳米阵列结构代替无规的纳晶电极，能提高电子的输运速度，也有助于提高电池的性能[45]。
(5)
光催化合成
由于人们对环保问题的日益关注，对光催化合成的应用方面的研究远不如光催化在环保、医疗卫生方面的研究。但实际上对光催化合成的研究一直就没停止过，如70年代，曾在世界范围内掀起光催化制氢的热潮[47]。人们尝试了大量的半导体材料，并对催化剂改性、反应条件等多方面进行了广泛的讨论，但产氢的效率一直未能达到应用水平。其它无机物的制备如氨[48]、过氧化氢[49]等光催化合成也有报道，虽然效率都不高，但其温和的反应条件却引起众多研究者的兴趣。在有机合成方面，Tada等人首次报道了金红石型二氧化钛光催化使纯1,3,5,7-四甲基环四氧硅烷开环聚合在催化剂表面形成了聚甲基氧硅烷(PMS),并认为反应由价带上光生空穴引发，氧气捕获光生电子促进了反应的进行[50]。此外，还有研究者报道了TiO2用于光催化苯乙烯聚合[51]，量子尺寸ZnO胶体光催化甲基丙烯酸甲酯聚合[52]等。 五、
展望
由于二氧化钛有着优良的理化性质，纳米技术发展以来使对二氧化钛的研究又成为当今的热点，这大体上可分为两个方面，其一是光催化领域，另一则是在染料敏化电池方面的研究。
光催化是一项具有广阔应用前景的新型水处理技术。它具有低能耗、易操作、无二次污染等突出优点，尤其对一些特殊污染物的去除效果比其他处理方法更佳，然而，目前这项技术在国内外尚处于研究阶段。急需开展的研究问题大致有以下几点：①解决TiO2对UV光(太阳光中占6.5%)的依赖性，对催化剂进行改性，使之光响应波长红移至可见光区(占太阳光辐射的46%)，从而可直接利用太阳光辐射，使该技术进入实用阶段。②进一步提高光催化剂的利用效率，可采用电化学辅助的方法；这种方法是将薄膜覆盖在光电化学电池的阳极上，在紫外光照射的同时在电极上加压。由光照激发而产生的电子很快转移到电极上，减少了空穴-电子对的复合，可提高光催化效率。③对单一组分的降解研究与实际的多组分复杂情况相距较远，因此应进行多组分物质的降解研究。④多项单元技术的优化组
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