江沪“钛”行业历史回望

    20世纪说到“钛”，也许很多人会感到陌生，当时“钛”被称为稀有金属。曾经成立的中国稀土集团也许是物以稀为贵的原因，从冶金部、中国有色金属工业总公司、国家有色金属工业局、一直到中国稀土集团的机构改革过程中，“钛”始终是有色行业的小金属不那么起眼，每年产能还不到2000吨，钛业人在行业内的话语权如其产能一般：微乎其微。

　从上世纪原国务院副总理方毅到遵义钛业视察题词“有才尽利用，无技不求精”至今，有色行业的领导一直在关心关注着中国钛工业的发展。因为，没有国家的支持，中国是很难成为钛工业大国的。的确，当初弱不禁风的中国钛工业现在已经步入强身健体的发展阶段，可以说中国钛工业已经逐步走向“钛入人心钛飞扬”的高端发展时代

二氧化钛的作用原理

   作为钛的最普及的应用领域二氧化钛，已经作为重要的新能源和环境保护材料，在光催化、太阳能发电、太阳能集热等方面被广泛应用。然而，二氧化钛的太阳能利用面临巨大的挑战，主要原因在于光吸收范围窄、电子-空穴对的分离效率低。二氧化钛只能吸收太阳光谱中~5%的紫外光，而无法利用可见光和近红外光的能量；本征电导率只有~10-10 S/cm，不利于光生电子-空穴对的分离和传输。这些问题严重影响了二氧化钛在能源与环境领域的广泛应用，无法充分利用太阳能。

　　最近，中国科学院上海硅酸盐研究所与北京大学化学学院开展了合作研究，科研人员原创地发展出多种新型制备方法(氢等离子法、铝还原法、二步非金属掺杂法)，大幅提高了太阳光谱中可见光和近红外光的吸收，效果明显。这些最新发现的黑色二氧化钛纳米晶，不同于高温氢气还原的黑色氧化钛，为一种核壳结构，核区仍为结晶的二氧化钛，外壳为无定型的结构，其中无序的外壳是使白色二氧化钛变成黑色的功能区域，无序的外壳包含氧空位或非金属X掺杂(X=H、N、S、I)。该结构可导致对太阳光的吸收高达85%，远优于文献报道(30%)。

黑色二氧化钛制备原理

　　良好的太阳能宽谱吸收、化学物理稳定性，以及改善的载流子浓度和电子迁移性能，可以满足高效太阳能的要求。其中，氮掺杂的纳米黑色二氧化钛，太阳光催化分解水，产氢率达到15 mmol h-1 g-1，处于报道最优异的可见光催化剂之列；对有机污染物的降解速率是商用纳米二氧化钛(P25)的四倍。黑色二氧化钛纳米管阵列用作光化学电池(PEC)电极，光能向氢化学能转换效率达到1.67%，为二氧化钛基PEC转换效率的最优值。

　　研究成果被Chemistry Views以Titania: Black is the New White为题做了新闻专题报道，被认为在新能源(太阳能发电、光催化制氢)和环境(污染物降解、抗菌消毒)领域的应用前景广阔。国际公司与大学已经购买小批量样品，用于环境保护应用。部分研究结果发表在J. Am. Chem. Soc. (2013), Adv. Funct. Mater. (2013),Energy Environ. Sci. (2013, 2014), Chem. Euro. J. (2013)等期刊，已申请发明专利3项。

二氧化钛行业远瞩

   随着二氧化钛产能急剧扩张，中国已成为全球第一大钛白粉生产国。我国现有60多家钛白粉生产企业，多数以硫酸法生产工艺为主，且通用型产品较多，高档金红石型专用钛白粉等高端产品的研发和生产尚处于起步阶段。

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