TiO2納米管陣列可控制備及其改性研究.pdf

1、陽極氧化法制備的TiO2納米管陣列,因其獨特的性質和穩定的物理化學性能,在氣敏元器件材料、光催化降解有機污染物材料、染料敏化太陽能電池材料及超級電容器材料等方面有著廣闊的應用前景。本文圍繞陽極氧化工藝制備高度有序排列的TiO2納米管陣列,探索最理想的陽極氧化工藝,實現TiO2納米管陣列的可控制備,并在陽極氧化制備的TiO2納米管陣列的基礎上,分別對納米管進行N摻雜和Pt納米顆粒修飾。采用FESEM、XRD、XPS、TEM和EDS等表征手

2、段,詳細闡述了TiO2納米管陣列形貌特征與陽極氧化工藝參數的關系,分析了納米管陣列的生長機理,并進一步研究了納米管陣列的光催化機理及氣體傳感特性。主要研究結果如下:
　　(1)常規一次陽極氧化法制備TiO2納米管陣列的過程中,當氧化電壓處于20~70V范圍時,均可制備得到高度有序的TiO2納米管陣列。隨著氧化電壓的增大,TiO2納米管陣列管長逐漸變長,但當氧化電壓超過80V后,TiO2納米管陣列管長開始減小;隨NH4F濃度的增大(

3、0.05mol/L→0.2mol/L),納米管外徑急劇減小,在其濃度為0.2mol/L時,管外徑最小,之后隨著NH4F濃度的增大,納米管外徑出現持續增大的現象;而TiO2納米管陣列內徑及管壁厚度與NH4F濃度的關系基本上是一種先減小后增大的變化規律。
　　(2)在丙三醇電解液體系中,通過控制陽極氧化電壓(10~55V)制備了管徑連續變化的TiO2納米管陣列。納米管管徑與氧化電壓之間基本呈現線性關系(d=3.625×U)。
　

4、　(3)兩次陽極氧化法制備了表面平整的TiO2納米管陣列,研究了兩次陽極氧化過程中電壓參數對TiO2納米管陣列形貌結構的影響。結果表明:70V+70V條件下兩次陽極氧化制備的TiO2納米管陣列表面極其平整,與其他三種條件下制備的樣品相比,其形貌更加完美。
　　(4)采用浸泡法制備了N摻雜的TiO2納米管陣列,N元素摻雜沒有破壞納米管的表面形貌和高度有序的管狀結構,且N摻雜降低了TiO2納米管的晶型轉變溫度,在500℃退火后N-TN

5、As中出現了金紅石相。與純TiO2納米管陣列相比,N-TNAs的光電流有較大提高,且隨著退火溫度的升高(300~700℃),N-TNAs的光電流先升高后降低,500℃退火后的N-TNAs具有最大的光電流。同時,N的摻雜有助于TiO2納米管陣列光催化活性的改善,使其具有較為明顯的可見光光催化性能。
　　(5)通過溶劑熱還原法制備Pt納米顆粒修飾的TiO2納米管陣列,Pt納米顆粒直徑約為20nm,均勻分布在TiO2納米管的管口及內壁處