TiO2纳米管阵列制备及机理研究进展

TiO2是一种重要的无机功能材料,TiO2纳米管阵列在许多技术领域具有广阔的应用前景.本文综述了TiO2纳米管阵列的制备方法如模板法和阳极氧化法,以及不同制备条件得到的纳米管阵列的形貌特征,通过讨论当前对TiO2纳米管阵列形成机理的不同研究结果,说明TiO2纳米管阵列形成过程中阳极氧化电流随时间的变化趋势,以及这种变化对纳米管阵列微结构的影响因素.最后对TiO2纳米管阵列的应用、发展趋势和需要解决的问题作了简要的阐述.     

锐钛矿型TiO2纳米晶阻抗谱的等效电路

采用硬脂酸凝胶法制备了粒度均匀的TiO2纳米晶。用X射线衍射光谱和透射电镜对产物进行表征。通过对所制材料复阻抗的测定，总结出与之相应的等效电路。实验结果表明，随着纳米晶TiO2粒径的增大，其复阻抗谱由低频端上翘的半圆弧曲线逐渐变为一条斜线，所对应的等效电路由阻挡层串联型变为德拜型。     

Ag纳米颗粒修饰TiO2阵列薄膜的制备及其气敏性能研究

以钛酸丁酯为钛源,用水热法在透明导电衬底FTO上制备金红石相TiO2纳米阵列薄膜,以AgNO3为银源,用化学还原法制备尺寸可控的金属Ag纳米颗粒,将所制备的金属Ag颗粒修饰TiO2纳米阵列薄膜.研究Ag纳米颗粒的表面修饰对TiO2纳米阵列薄膜气敏性能的影响.实验结果表明,室温下,18nm金属Ag纳米颗粒修饰后的薄膜对氢气的灵敏度增加,响应和恢复时间减小,气敏性能明显优越于修饰前的薄膜.     

Ti/TiO_2界面的整流特性研究

采用电化学阳极氧化法在钛片表面构筑了一层结构有序、纳米级的TiO2纳米管阵列膜层,考察了制备电压对TiO2纳米管阵列形貌和尺寸的影响,应用扫描电子显微镜(SEM)对膜层的形貌进行了表征,测量了Ti/TiO2界面的整流特性,研究了TiO2纳米管阵列膜层结构与Ti/TiO2界面的整流特性的关系。结果表明:制备电压对TiO2纳米管阵列的结构起到关键的作用,二氧化钛纳米管之所以具有整流特性是由于Ti/TiO2界面具有类似p-n结的性质。利用二氧化钛纳米管的整流特性,人们可以制备出各种性能优良的材料和器件。     

高活性异质结TiO_2/SrTiO_3纳米管阵列及其光电催化性能

首先通过阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列薄膜,以TiO2纳米管为初始反应物和模板,在Sr(OH)2溶液中水热反应,然后热处理,合成了异质结TiO2/SrTiO3纳米管阵列.采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、场发射透射电子显微镜(FE-TEM)、X射线光电子能谱(XPS)和激光拉曼(Raman)光谱测试手段对样品进行表征.最后通过紫外光照下亚甲基蓝(MB)的降解速率,评估异质结TiO2/SrTiO3光电催化活性.结果表明:部分TiO2发生原位取代在高度有序的纳米管表面形成了SrTiO3,并促使TiO2锐钛矿(004)晶面的取向生长;与纯TiO2纳米管相比,该异质结TiO2/SrTiO3活性提高非常明显,特别是阳极氧化2 h异质结TiO2/SrTiO3,光电催化15 min,MB降解率高达99.66%.此外,讨论了异质结纳米管长度对光电性能的影响.本文所提出的合成异质结TiO2/SrTiO3纳米管阵列的方法,为异质结TiO2/ATiO3(A=Ca、Ba等)复合材料的合成提供了基础.     

TiO2纳米管阵列薄膜的热稳定性

采用液相沉积法在Al板上制备了TiO2纳米管阵列薄膜,并在不同温度下进行了热处理.用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等手段对样品进行了表征.结果表明:未经过热处理的TiO2薄膜的晶体结构是非晶态的;在400℃的空气中焙烧2h,薄膜出现锐钛矿相;650℃空气中焙烧2h后,薄膜仍然保持着良好的管状结构.薄膜中Al2O3的存在,抑制了TiO2晶粒的长大,提高了薄膜的热稳定性.     

阳极氧化法制备有序TiO_2纳米管阵列

以NH4F/乙二醇为电解液对Ti箔进行阳极氧化,通过对溶液中水的含量、氧化电压、时间等参数的控制,制备了高度有序TiO2纳米管.分别利用XRD和SEM对TiO2纳米管阵列的物相组成和形貌结构进行了表征,结合氧化过程电流密度变化探讨了TiO2纳米管的生长机理.研究结果表明:TiO2纳米管阵列的形成须经历致密氧化层的形成、多孔层的形成以及纳米管的形成与稳定生长3个阶段的演化.     

氮掺杂TiO2纳米管电极制备及可见光电催化活性

采用氮气中500℃和600℃热处理由阳极氧化法制备的TiO2纳米管阵列,制备了氮掺杂TiO2纳米管阵列电极。分别用环境扫描电镜（ESEM）、X射线光电子能谱（XPS）,X射线衍射（XRD）和紫外可见漫反射吸收光谱对电极进行了表征。结果表明氮成功地掺入TiO2纳米管中。氮的引入使所制备的电极表现出可见光电催化活性,其中氮气中500℃下热处理得到的TiO2纳米管阵列电极表现出最好的可见光电催化活性。     

有序排列二氧化钛纳米管的制备研究进展

介绍了模板法、在基底物质表面、阳极氧化等3种二氧化钛纳米管阵列制备方法的最新研究成果;同时对钛合金氧化制备复合金属氧化物纳米管阵列和自组装制备特殊功能TiO2纳米管阵列领域的研究进展进行了总结;在此基础上,提出了有序排列TiO2纳米管阵列制备方面存在的问题和今后的研究方向.     

二氧化钛纳米管阵列的制备及光催化效果的研究

用阳极氧化法制备出高度致密、有序的TiO2纳米管阵列.利用SEM和XRD表征分析纳米管阵列的形貌和结构.分析结果表明:经过450℃退火后的TiO2晶相结构为夹杂少量金红石相的锐钛矿相.以甲基橙在水溶液中的光催化降解为实例,分别研究了TiO2纳米管阵列在可见光和紫外光激发下的光催化性能.实验结果表明:该阵列在紫外光激发下有较高的光催化效率,但在可见光照射下产生降解效果不太明显.