纳米二氧化钛的光催化与减摩性能研究进展*

郭文轩 陈文刚 郝星星 王泽霄 毛宇坤 王雨豪 戴一帆

(西南林业大学机械与交通学院 云南昆明 650000)

纳米TiO2是一种白色、无毒的氧化物，是目前应用最为广泛的纳米材料之一。1791年纳米TiO2被英国矿物学家发现并提取出来，并在1795年经实验得到分析验证，到1918年已在挪威和美国得到商业化生产[1-2]。截至目前，因其具有光催化活性良好、耐腐蚀、无毒、价格低廉等优点被广泛应用于催化材料、涂层、摩擦学等领域。

近些年的研究表明，TiO2已成为环境和能源领域出色的光催化剂，在能源危机日益严重的今天越来越受到研究学者们的重视。近年来，已经开发了许多改性技术和化学添加剂以改善纳米TiO2在可见光照射下的催化活性[3]。摩擦磨损在日常的生活中普遍存在，在能源紧张的现实条件下，有效减小机械的摩擦磨损显得尤为重要。1994年张治军等和薛群基等首次将纳米材料用于润滑油中作为纳米润滑添加剂，到目前，润滑油中纳米添加剂的减摩性能已经成为了一个研究者众多的新兴研究领域[3-4]。纳米TiO2作为润滑油添加剂时具有良好的光催化性及减摩性能，使得其既能起到催化降解发动机尾气中有害气体的作用，同时还能起到减摩抗磨作用，使得碳化合物充分燃烧，延长机器使用寿命，其光催化性能及减摩性能都对减少污染，节约能源有着重要的意义[5]。

在纳米TiO2作为发动机润滑油纳米添加剂的应用方面，国内外的研究者们针对其光催化性能及摩擦学性能做了大量的试验研究工作。基于纳米TiO2粉体作为润滑油添加剂的优良的减摩及降低有害气体排放的双重作用方面[5]，本文作者总结近些年国内外学者对纳米TiO2粉体表面改性增大光催化性和摩擦学性能的研究进展，包括不同的表面改性方式来提高纳米TiO2光催化性能的研究成果，纳米TiO2及其纳米复合材料作为润滑油添加剂的研究进程，纳米TiO2及其纳米复合材料的光催化特性和减摩特性对尾气排放和发动机润滑油损耗方面促进作用的研究现状，并展望研究方向。

1.1 纳米TiO2光催化机制

1972年FUJISHIMA与HONDA首次提出了可利用光辐射TiO2半导体单晶电极光分解水，由此拉开了纳米TiO2在光催化方面应用的序幕[6]。研究表明，在光催化反应的过程中，TiO2能有效地与烃类、酚类等多种物质发生剧烈的反应，并可以快速地将其氧化，随后产生水和二氧化碳等无毒无害的物质。如图1所示[7]，TiO2作为光催化剂提高光催化性能的机制是TiO2吸收外界光能，同时让其表面电荷分离，当反应物附着在TiO2表面上，TiO2会吸收大量光子，产生电子和空穴，一段时间后电子和空穴开始逐渐分离，其表面开始进行氧化还原反应。提高纳米TiO2作为发动机润滑油添加剂的光催化添加剂的光催化效率能有效地分解尾气排放污染物，并将其转化为碳氢化合物，此类研究有利于推动节能减排和绿色社会的发展，是近些年研究的重中之重。

图1 TiO2光催化机制[7]Fig.1 Photocatalytic mechanism of TiO2[7]

传统的TiO2粉体只能吸收波长不大于387 nm的紫外光，并且其对吸收光的利用转化率相对较低。为提高TiO2的光能利用率，近些年的研究多用合理的掺杂手段在半导体内引入杂质能级，使光的吸收带边产生红移。掺杂作为提高光催化性能重要的改性手段，极大地解决了纳米TiO2作为光催化添加剂效率低、降解效果不理想等问题。随着研究的深入，研究者发现向纳米TiO2材料中掺入金属离子或非金属离子能够使其晶格发生变化，从而降低空穴与电子的复合概率，提高纳米TiO2材料光催化性能。

纳米TiO2本身具有良好的光催化性能，当TiO2吸收的光能大于其本身的阈值带隙能之后，TiO2价带上产生的电子受到激发，跃迁到导带形成光生电子，同时在价带上产生正电荷空穴[3]。而其本身由于受到电场力的作用，内部会将一部分电子和空穴转移到其表面，从而参与光催化反应。被转移的电子和空穴就会氧化还原吸附在TiO2表面的反应物，可将附着在其表面的反应物直接转化为碳氢化合物而不产生其他有污染的物质。光催化反应中TiO2激发产生的电子-空穴而被吸收的过程可表示为

(1)

如图2所示，其表示了分离后的电子和空穴的4种失活途径[8]：(1)TiO2可以还原电子接受体；
(2)TiO2表面的孔穴也能给电子和空穴提供给体物质；
(3)在TiO2内部发生电子和空穴的复合；
(4)在TiO2表面发生电子和空穴复合。

图2 受到光激发后电子和空穴的失活途径[8]Fig.2 Ways of deactivation of electrons and holes after being excited by light[8]

当用金属离子或非金属离子对纳米TiO2进行表面改性时，得到的纳米TiO2复合材料具有更加优益的光催化性能。基于此，下文将系统地总结过渡金属离子、贵金属沉淀、非金属离子和多种离子复合掺杂几种不同的改性方法对纳米TiO2光催化性能的增强。

1.2 过渡金属离子掺杂

在TiO2中掺入金属离子能够直接改变纳米TiO2的晶格结构，在光催化反应的过程中电子和空穴的结合时间就会被延长。金属离子之所以能够提高纳米TiO2的光催化性能，是因为掺入的金属离子能够充当载流子复活中心。相较于钛离子，高于四价的金属离子能够更好地吸收电子，而低于四价的金属离子则会更好地抑制电子与空穴的复合，同时金属离子也能更好地将电子跃迁到倒带，从另一方面上更大程度地抑制了电子与空穴的复合。

用金属离子掺杂TiO2后虽然对可见光的吸收增加，但并不代表着掺杂总能提高其光催化活性。用金属离子对TiO2进行掺杂会在其结构中形成一定数量的电子空穴陷阱，这些电子空穴陷阱可以充当电荷复合中心；
当对TiO2进行过量掺杂时，即使在增强光照射的前提下也会导致TiO2的光催化活性降低，因此金属离子的掺杂也存在一个最佳掺杂浓度。

常用于掺杂TiO2的过渡金属离子有Fe、Co、Cu、Cd、Ag、Zn等，根据其增大光催化活性的机制不同可分为以下两类。

1.2.1 Fe、Cd、Co掺杂

掺杂的金属离子类型及掺杂量不同，对TiO2的光催化性能也会有不同的影响。如表1所示，Fe、Cd和Co这三类过渡金属与TiO2掺杂后TiO2带隙能分别降到2.97、2.88和2.95 eV，这就说明这三类过渡金属能够有效地降低光电跃所需的能量，提高点的迁移率，从而增大光催化活性。KIM和LEE[9]制备了Fe掺杂TiO2并得到了当掺杂质量分数在10%时对光催化性能提升效果最佳的结论。宋曲之等[10]以 CdSe-TiO2为催化剂，研究 CdSe量子点在 TiO2上的负载量、苯酚浓度、催化剂用量以及双氧水用量对催化降解苯酚的影响，在优化的工艺条件下，经可见光照射4 h，苯酚降解率达到 87.4%。FEILIZADEH等[11]用Fe和Cd共同掺杂TiO2并在pH值、反应温度及催化剂负载三个方面研究了对光催化活性的影响，结果证明了Fe-Cd/ TiO2具有更好的光催化活性。HOSEINI等[12]制备了Co/ TiO2复合光催化剂并利用光催化降解氯酚证实了得到的Co/ TiO2有更好的光催化活性。

表1 不同纳米催化剂的禁带宽度Table 1 Band gap of different nano-catalysts

从上述研究中可以看出，由Fe、Cd、Co为代表的一类金属离子作为掺杂元素时，能够有效地提高光催化剂的光催化活性，并达到更好的光催化效果。

1.2.2 Ag、Cu、Zn掺杂

与Fe、Cd、Co一类金属离子不同，Ag、Cu和Zn掺杂元素通常用于降低带隙能量，形成电子陷阱，加速TiO2表面的电荷分离。CHAKHTOUNA等[13]针对TiO2可见光相应不足以及光生电子-空穴复合慢等问题，研究Ag/TiO2光催化活性，并深入讨论了其光催化活性及物理化学性质。LEE等[14]采用溶胶-凝胶法制备了Cu/TiO2复合材料，发现其与TiO2相比具有更好的光催化性能。HE等[15]通过紫外可见漫反射光谱和光电化学测试了Zn/ TiO2复合材料的光催化性能，结果表明其具有更窄的禁带宽度、光电响应，且光催化活性更强。

现如今，Ag、Cu和Zn因其成本低、制备方法简单等优点，其逐渐成为掺杂TiO2应用最为广泛的过渡金属离子。

1.3 贵金属沉淀

除去以上常用的金属掺杂，近些年贵金属沉淀也成为最为关注的掺杂方式。贵金属沉淀是将金属颗粒或其离子附着于TiO2表面上，当可见光照射TiO2时，电子会从TiO2表面逸出，使两者大致处于同一水平，通过这种方式光生电子会逐步减少，使电子-空穴复合程度大大降低，从而使光催化性能得到提高。贵金属沉淀一般使用的是惰性金属，例如Pt、Eu、Au、Pd等金属及金属离子，其中，最为常见的为Pt。ROZMAN等[16]将Pt和Lr作为助催化剂制备了Pt/Lr/TiO2光催化剂，发现其比TiO2具有更好的光催化性能。SHI等[17]采用不同电压的等离子体电解氧化(POE)技术制备了Eu/TiO2复合涂层，如图3所示，发现其能够产生一个从VB到CB的电子，且能够在VB上形成一个空穴,与TiO2相比,Eu/TiO2复合涂层具有更好的光催化效率。ABED等[18]为了将光催化剂的活性扩展到可见光光谱、防止电子-空穴结合、增大光催化活性，制备了Au/TiO2等离子体光催化剂，并研究了其光催化活性。WANG等[19]采用样品溶剂热法制备了Pd/TiO2，用于光催化降解MO效果显著增强。

图3 Eu/TiO2复合材料新带形成示意[17]Fig.3 Schematic illustration of new band formation in Eu/TiO2 composite PEO coating[17]

虽然近年来对于贵金属沉淀方面的研究有所增加，但由于机制、技术及成本方面受到很大的限制，其研究成果相较于金属离子掺杂还是有所欠缺。

1.4 非金属离子掺杂

研究表明，采用非金属元素(如C、N、S、B等)掺杂TiO2也会使其光催化活性增强。非金属不仅可以拓宽TiO2对可见光的相应范围，还可以有效地抑制光生电子和空穴的复合。

1.4.1 N元素掺杂

在非金属元素中，N元素最早被用于掺杂改性TiO2，因N元素电离能小且稳定，因此，N很容易通过渗透进入TiO2晶格。将N元素引入TiO2结构中可以使其带隙变窄，有助于吸收能量较低的光子。所以，N掺杂TiO2成为目前的研究热点。KOVALEVSKIY等[20]用沉淀法合成了N掺杂的TiO2光催化剂，对初始底物和氧化产物的定量分析表明，N-TiO2具有更好的光催化效率。王佳和刘丰良[21]利用溶剂热法制备氮掺杂TiO2光催化剂(N-TiO2)，如图4所示为 TiO2和N-TiO2粉末的SEM能谱图，可以看出其形貌存在明显差异；
实验结果表明，N-TiO2与单过硫酸氢钾(PMS)协同在光催化降解氧氟沙星(OFX)污染物方面性能优良。

图4 TiO2和N-TiO2粉体的SEM谱图[21]Fig.4 SEM images of TiO2(a) and N-TiO2(b)[21]

1.4.2 C元素掺杂

C元素掺杂TiO2主要是通过抑制发光的复合率的方式来提高光催化活性。当C以石墨烯片形式掺杂TiO2时，具有极好的导电性，不仅可以降低TiO2的能带宽度，还可以有效地提高其光催化性能。焦玉荣等[22]通过溶胶-凝胶法制备了GO/TiO2纳米复合光催化剂，发现其用于光催化降解甲基橙溶液，具有较高的光催化活性和良好的稳定性。HE等[23]制备了具有多孔晶态结构的C/TiO2复合光催化剂，其反应机制如图5所示；
其与TiO2光催化剂相比具有更好的光催化活性。SONG等[24]研究了C/TiO2的碳化温度对其电化学性质及光催化活性的影响，研究结果表明其具有更强的光催化活性。

图5 C/TiO2光催化反应原理示意[23]Fig.5 Schematic of C/TiO2 photocatalytic reation principle[23]

1.4.3 卤素元素掺杂

一些卤素元素同样可以通过掺杂的方式提高TiO2的光催化活性。像F、Cl、Br、I、At等元素可以置换TiO2中的O或者Ti，从而达到改变TiO2晶格结构的目的，改善其表面性质和光学性质。金玉超[25]研究了BiOX(X=Cl、Br、I)/ TiO2复合光催化剂的制备及光催化活性，发现卤素元素掺杂TiO2可以有效地提高其光催化活性，这为研究TiO2的掺杂及光催化活性提供了一个新的方向。

1.5 离子共同掺杂

研究表明，仅靠单一元素的掺杂很难在提高量子效率的同时增加对可见光的吸收。由于单一原子掺杂后有时会产生强烈的排斥作用，所以在实验中很难将浓度很高的原子掺杂进TiO2中，同时单掺杂的情况下会产生电子-空穴的复合中心。而多种不同的离子共同掺杂，既避免了单掺杂中存在的不足又可以起到协同作用，从而提高其光催化活性。采用多元素共同掺杂可以依靠不同元素之间的协同作用同时提高这两个方面的性能，所以对TiO2的多元素共同掺杂成为了研究的热点。

1.5.1 金属离子与金属离子共同掺杂

金属离子与金属离子共同掺杂可以共同作为空穴与电子陷阱，对提高光催化性能方面起着协同作用。

MITSUKAWA等[26]采用表面溶胶-凝胶法和液/液界面沉淀相结合的方法制备了TiO2和纳米金的超薄膜，并研究了薄膜对亚甲基蓝染料的光催化降解效果。结果表明，该纳米复合材料具有更加良好的光催化效果。VIET等[27]采用两步溶剂热合成了ZnO和TiO2共掺杂还原石墨烯(ZnO-TiO2/rGO)，结果表明，其具有合成工艺简单、降解效果好、有更好的光催化性等优点。

1.5.2 非金属离子与非金属离子共同掺杂

非金属离子与非金属离子共同掺杂时其会进入晶格间隙，并在提高光催化活性方面起到协同作用。HOAN等[28]研究了TiO2/diazonium/GO的合成及其光降解亚甲基蓝的活性研究发现，该复合材料对降解亚甲基蓝的光催化活性更好。HUSSAIN等[29]制备了纳米N-O-TiO2/C复合材料，其在可见光下3 h内对亚甲基蓝的降解率可达到99.7%。

1.5.3 非金属离子与金属离子共同掺杂

非金属离子与金属离子共同掺杂的应用是近些年研究的热点，金属离子可以作为电子陷阱，非金属离子可以取代半导体晶格原子，二者协同作用可以提高TiO2可见光相应能力。WANG等[30]合成并研究了一系列GO/TiO2纳米复合材料，并与Sr(OH)2/SrCO3偶联，利用吸附技术和光催化降解除去四环素，结果表明Sr(OH)2/SrCO3和氧化石墨烯均提高了TiO2的光催化活性。杨茂楠等[31]通过溶胶-凝胶法制备出系列金属元素与非金属元素共掺TiO2复合材料。结果表明，复合材料呈现团聚的块状结构，其中TiO2为典型锐钛矿结构，N和In、Ce、Mn等元素以离子的形式存在。相比于TiO2，复合材料的光吸收能力明显增强，同时非金属离子的掺杂提高了复合材料的可见光区吸收，金属离子的掺杂增加了复合材料的活性位点。张兰等人[32]使用TiO2靶材、Ni靶材、C靶材，分别制备了非金属C掺杂、金属Ni掺杂以及镍、C共掺杂的纳米TiO2薄膜，并利用罗丹明B溶液进行光催化试验，结果如图6所示。可见在紫外光照射下，Ni、C共掺杂纳米TiO2薄膜的光催化性能最优，1 h降解了29.54%的罗丹明B溶液。

图6 光催化反应不同时间罗丹明B溶液降解率[32]Fig.6 Degradation rate of Rhodamine B solution after different time of photocatalytic reaction[32]

随着世界能源问题的日益突出，节约能源成为各领域发展必须面对的问题，纳米材料作为润滑油添加剂的研究深受学者们的关注。其中，关于TiO2作为纳米润滑油添加剂的制备、性能以及应用等研究进展迅速，大量相关成果不断被报道。研究发现纳米材料在摩擦的过程中，因其具有较低的熔点，从而会在摩擦表面形成一层薄膜来修补破损的表面，达到减摩的效果。下文将从单一纳米TiO2材料和纳米TiO2复合材料两个方面总结其在摩擦学领域的相关研究进展。

2.1 纳米TiO2作为润滑油添加剂的减摩研究

总结目前对TiO2的摩擦学性能研究，其减摩机制大致分为润滑膜、合金化、沉积、微滚球4种，如表2所示。

表2 TiO2不同的润滑机制Table 2 Different lubrication mechanisms of TiO2

最初的试验中，大多数学者只局限于研究纳米TiO2材料在摩擦过程中形成的薄膜。闻振中等[33]发现纳米TiO2能在摩擦过程中剪切分解，在摩擦副表面形成薄膜，从而达到减摩的效果。张亮亮等[34]制备了纳米TiO2并对其减摩效果进行了研究，发现TiO2在高温的情况下可以大量地溶于润滑油中，并可以达到良好的减摩效果。王海忠等[35]制备了纳米TiO2，结果表明TiO2在轻载荷下具有良好的减摩与抗磨性能。

而在随后的研究中学者们发现纳米TiO2不依赖于传统添加剂的活性元素，而是通过钛元素对摩擦副表面的渗透，通过改变摩擦副表面的硬度和耐磨性，从而改善摩擦学性能。林彬等人[36]总结了纳米TiO2亲油性改性和摩擦学性能研究成果，并对目前存在的问题进行了分析。LIN等[37]研究发现当钛合金受到外力摩擦时，其表面可以自动形成氧化膜，并得出了TiO2比大多数金属氧化物具有更好的减摩抗磨性能的结论。

2.2 纳米TiO2的复合材料作为润滑油添加剂的减摩研究

为了取得更好的润滑效果，学者们发现润滑油中加入两种或者多种添加剂，通过复合材料之间的协同作用可优化润滑油的减摩抗磨性能，从而达到减少摩擦因数和磨损的效果[38]。复合纳米TiO2润滑油添加剂的种类繁多，因其相互之间不同的协同作用所以作用机制也各异。在实际应用时，纳米润滑油添加剂会受到添加浓度、外界环境和作用机制等问题的影响。

2.2.1 TiO2复合金属及其氧化物

将多种金属及其氧化物用作纳米复合润滑油添加剂，利用其相互协同作用在摩擦副表面形成氧化膜或者修复摩擦副表面缺陷，从而可实现更好的减摩效果。余若其[39]将传统润滑油添加剂MoS2和TiO2制备成MoS2/TiO2复合润滑油添加剂，其减摩机制如图7所示，其中(a)、(b)与(c)为添加剂的减摩示意图；
摩擦磨损试验表明其具有极好的减摩抗磨性能。研究表明，将一维纳米TiO2材料和同时具有分子特性与部分纳米颗粒特性的金属纳米团簇(NCs)复合在一起，得到的NCs-TiO2纳米管阵列材料具有表面协同效应，可在摩擦副表面形成保护膜[40]。

图7 MoS2/TiO2改性粉体减摩抗磨机制[39]Fig.7 Anti-friction and anti-wear mechanism of MoS2/TiO2 modified powder[39]

2.2.2 TiO2复合石墨烯及其衍生物

随着对摩擦学研究的不断深入，研究者们发现了以C、B元素为代表的润滑油添加剂的某些新特性：在与纳米TiO2复合作为添加剂时不仅能在摩擦副表面形成保护膜，还可以渗入摩擦副表面下形成复合物渗透膜。卞达等人[41]制备了氧化石墨烯(GO)/TiO2复合材料，其SEM图如图8所示，可见TiO2成功地附着在GO表面，并且GO本身的结构没有被破坏。实验结果表明，加GO/TiO2后润滑油的摩擦因数有明显的降低。方燕洁[42]探讨了石墨烯/TiO2的制备，并研究两者的最佳配比，且证明了润滑油的摩擦因数会随着石墨烯含量的增大而减小。SCANDURRA等[43]将碳化钛和钛氧化物复合制备了纳米复合材料，并利用摩擦实验验证了其作为润滑油添加剂减摩效果良好。BONDAREV等[44]将HBN纳米片引入TiO2中用于润滑添加剂，并发现复合纳米粒子的加入获取了更低的摩擦因数。

图8 TiO2、Go和GO/TiO2的SEM微观图[41]Fig.8 SEM microscopic morphology of TiO2(a),GO(b)and GO/TiO2(c)[41]

2.2.3 TiO2复合有机化合物

除了一些含碳类添加剂，近些年研究最多的是纳米TiO2与一些有机化合物制备复合润滑油添加剂用于发动机减摩。潘卉等人[45]采用原位表面修饰方法成功制备了乙二醇表面改性纳米TiO2，实验发现改性后纳米TiO2的减摩抗磨性能显著提高。祝保林[46]采用氰酸酯树脂(CE)改性纳米TiO2粒子，结果表明，少量CE引入可提高TiO2的摩擦性能。谷科城等[47]制备了疏水性纳米二氧化钛(SA-TiO2),摩擦磨损性能试验结果表明，SA-TiO2能够提高润滑油的抗磨减摩性能。游一兰等[48]制备PTFE/MoS2改性PA6/TiO2复合材料，并研究其在不同条件下的摩擦磨损性能，结果表明复合固体润滑剂加入后能明显地降低PA6/TiO2的摩擦因数。

润滑油添加剂的多功能化对于降低添加剂成本、简化试验过程、实现可持续绿色发展具有重要意义。研究人员在研究润滑油添加剂多功能化时认为现阶段大多数润滑油添加剂都具有良好的光催化性，并指出光催化性复合减摩性能的研究能大大提升添加剂的利用率及绿色化发展[4]。

人类过度消耗不可再生化石燃料，已经对能源及环境造成了十分严重的开发及使用。在如今众多的清洁能源当中，光催化技术具有充足的能量来源、过程无污染、成本低廉和原材料充足等优点，在环境治理、缓解能源以及减少温室气体排放等方面已经得到了深入的研究和广泛应用。李鹏程等[49]利用了TiO2纳米粉的光催化特性通过摩擦实现了CO2的还原，为开发利用环境中的机械能提供了新的方向。

近年来，为了治理汽车尾气排放带来的日益严重的空气污染问题，光催化技术负载路面实现对尾气的快速降解，已成为摩擦领域的研究热点。接亚东[50]从纳米TiO2掺量和石油比等影响因素入手，通过光催化与磨损试验发现光催化材料通过增大其抗摩性能可以有效地降解汽车尾气。TEKINTAS等[51]采用溶胶凝胶法制备了含新型1，2，4-三唑基Cu和Zn酞菁改性的TiO2纳米复合材料(其纳米区域的形貌如图9所示)，并分别考察了其光催化活性及摩擦学性能，发现含新型1，2，4-三唑基Cu和Zn酞菁改性的TiO2纳米复合材料具有更好的光催化活性与更好的减摩效果。YANG等[52]采用一种新的合成方法，将Cu纳米颗粒引入到CaTiO3和TiO2的界面处，成功设计了CaTiO3/Cu/TiO2全固态Z型异质结，研究发现其能有效地提高光生载流子的分离，降低其复合率。同时研究还发现CaTiO3/Cu/TiO2材料不仅光催化性能高，而且在摩擦磨损实验中表现出良好的减摩效果。这些优点都证明了CaTiO3/Cu/TiO2材料在发动机润滑油领域潜在的广泛应用前景。

图9 改性TiO2纳米复合材料的AFM形貌[51]Fig.9 AFM image of the modified TiO2 nanocomposite[51]

现如今国内外学者对纳米TiO2的光催化性及减摩抗磨性能的研究相对较多，但将两种性能协同进行的研究还有待完善。2008年黄雪梅[53]制备了真空电弧沉积掺杂Zn/TiO2薄膜，发现其同时具有优异的光催化性和耐磨性。该文献首次综合考虑了纳米TiO2的光催化性及减摩抗磨性能。之后曹真真等[54]发现同为典型层状结构的纳米MoS2与TiO2的的复合材料同时也具有良好的光催化性及减摩抗磨的性能，为催化性能与润滑性能有效结合提供了新的思路与方法。VO等[55]制备了TiO2/SiO2纳米复合涂层材料，发现复合材料在光催化性能及减摩性能方面性能优异，并发现经包覆后能有效地增大其光催化作用。同时梁超等人[56]发现TiO2/SiO2纳米复合材料作为发动机润滑油添加剂时可以有效地减小摩擦，起到良好的减摩效果。可见，纳米TiO2/SiO2是一种同时具备优秀的光催化及减摩性能的材料，同时其在发动机润滑油添加剂领域有极大的应用潜力。袁岚等人[57]研究了Co-Mo/TiO2-Al2O3复合材料的减摩性能，同时研究其在废润滑油中加氢精制催化效果，给润滑油添加剂在节能减排方向应用提供了一个新的思路。

图10 TiO2/SiO2纳米复合涂层材料光降解历程和反应 机制[55]：(a)TiO2/SiO2粉末;(b)TiO2/SiO2涂层;(c)TiO2/SiO2涂层的反应机制Fig.10 Photo-degradation process and reaction mechanism of TiO2/SiO2 nanocomposite coating material[55]：
(a)TiO2/SiO2 powder; (b)TiO2/SiO2 coating; (c)reaction mechanism of TiO2/SiO2 coating

随着新材料越来越多地应用于机械工业的各个领域，研究者们更需要认识到光催化性能与减摩抗磨性能在处理有害气体与降低摩擦消耗等方面的重要作用，并以此为基础开发研究新的符合纳米润滑油添加剂。出于对环境的保护和经济效益的综合考虑，实现纳米粒子性能的综合化考虑才是今后研究的重点。

虽然现阶段对TiO2的光催化性能及减摩性能的研究逐渐成熟，但很少有学者将纳米TiO2的光催化特性和减摩特性相结合进行研究，故在未来的研究中可以将重心更多地放在光催化特性与减摩特性共同作用在降低排放污染和能源消耗的研究方向上。因此，在润滑油添加剂降低发动机摩擦的基础上，有效提高纳米TiO2及其复合材料的光催化特性，从而减少尾气的排放污染，将是今后摩擦与光催化发展的方向。

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