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.     

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。     

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.     

阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列及其表征

采用阳极氧化法在钛金属表面制备出致密有序的TiO2纳米管膜层.利用FESEM、XRD方法研究了不同阳极氧化时间、电解液组成以及退火对TiO2纳米管形貌的影响.讨论了TiO2纳米管的形成机制.     

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纳米管阵列的可控生长及其生长机理探讨

目的研究TiO2纳米管阵列的可控生长最佳条件及其生长机理。方法采用阳极氧化法在Ti箔上生长有序排列的TiO2纳米管阵列,用场发射扫描电镜(日立S-4800型)分析其表面与界面形貌,通过电流-时间曲线分析TiO2纳米管的生长规律。结果通过实验结果可知,纳米管的可控生长模式为阻挡层变厚并趋于稳定;而纳米管的生长机理可以理解为化学溶解与电化学刻蚀与溶解的相互竞争并达到平衡,同时纳米管的生长受电压、温度、搅拌速度的影响,阳极电压不仅控制了纳米管的生长速度,还决定着纳米管的生长模式;纳米管生长速度随温度的升高而增大,随搅拌速度的增大而减小。结论通过分析纳米管的生长过程中电流变化与表面形貌,得出了纳米管的可控生长模式和纳米管的生长规律。     

电压对TiO2纳米管阵列形貌及光电性能的影响

文章以电化学阳极氧化法在氟化铵、甘油电解液中制备了TiO2纳米管阵列,利用扫描电子显微镜观察了不同电压条件下制备样品的形貌。根据I-t曲线、I-V曲线及SEM图像讨论了TiO2纳米管阵列的生长进程和形成过程,并研究了样品的光电性能。结果表明:电压从25V升至55V时,管径、管长分别从40、2 000nm增至100、3 200nm;电压0.2V时,初始氧化层形成;电压升至1.4V,氧化层被击穿;氧化层的形成与场致溶解的相互影响导致在电压2～4V附近电流的起伏;电压大于5V时纳米管开始形成;25V与45V电压下制备的样品具有较好的光吸收和光电性能。     

钛基TiO_2纳米管光电极制备及性能研究

采用阳极氧化法在不同电解液中制备TiO2纳米管光电极,通过SEM、UV-VIS-DRS、XRD表征TiO2纳米管阵列,考察氧化时间、煅烧温度、电解液组成对TiO2纳米管形貌和尺寸的影响。结果表明:TiO2纳米管的形成需要一定的氧化时间,其光吸收性能随着氧化时间的增加而提高。在NH4F+H2SO4电解液中制备的TiO2纳米管管径在100~110 nm之间,对紫外-可见光的吸收高于在NH4F+H2C2O4、HF+H2SO4和HF三种电解液体系中氧化的纳米管。相同条件下,对在NH4F+H2SO4电解液中制备的TiO2纳米管光电极进行亚甲基蓝溶液的光电催化实验,降解30 m in脱色率达到80%,其催化效果是单纯光催化的1.3倍。     

TiO2纳米管阵列的等效电路

通过复阻抗谱方法分析提出了TiO2纳米管阵列薄膜的电路模型.TiO2纳米管采用纯钛板在HF酸水溶液中电化学阳极氧化生成,SEM观测说明TiO2纳米管是结构致密有序的阵列.根据复阻抗测量数据认为阵列薄膜的等效电路是两个RC并联回路组成的串联回路,由此拟合并给出了等效电路元件的各参数值.     

TiO2纳米管的制备方法研究

研究了目前常用的TiO2纳米管阵列的制备方法:模板法,水热合成法和阳极氧化法,对阳极氧化法经常采用的几个电解液体系也做了相应的讨论.本文通过对比不同制备方法所需的实验条件以及所得到的纳米管的形貌,优选出更适合进一步研究的制备方法.阳极氧化法制备的 TiO2 纳米管具有高度有序的纳米阵列结构,并且制备方法简单易行,其缺点在于成本较高.