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.     

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.     

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。     

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.     

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。     

搅拌方法对阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列的影响

将Ti箔在电压为40 V、温度为60℃,超声搅拌或磁力搅拌下质量分数0.25%的NH4F+体积分数2.5%的蒸馏水+乙二醇电解液中进行阳极氧化,以制备TiO2纳米管阵列;所制备的样品在空气中经450℃退火3 h。用场发射扫描电镜、透射电镜对所制得的样品表面形貌和晶体结构进行表征。结果发现:磁力搅拌制得的样品表面被严重腐蚀;而超声搅拌下可制备出完整的TiO2纳米管,无腐蚀现象;阳极氧化后的TiO2纳米管为非晶态结构,经退火处理后转变为锐态矿结构。对不同搅拌方式影响TiO2纳米管阵列的形成机制进行了分析讨论。     

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.     

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.     

基于FTO的TiO_2纳米管阵列可控制备

采用直流磁控溅射法在透明导电玻璃FTO上制备了表面平整、致密度高的Ti膜,经过在含氟化物电解液中的阳极氧化过程后得到了垂直于FTO的高度有序的Ti O2纳米管阵列.通过调节阳极氧化反应过程中的电压、温度参数,得到了一系列具有不同孔径、壁厚、长径比、管密度的TiO2纳米管阵列,从扫描电镜(SEM)的结果中可以得出,Ti O2纳米管的各项管参数与反应条件电压、温度呈线性关系.其中,氧化电压对纳米管管径起主要影响作用,管内径由49.3 nm至75.3 nm连续可调,而温度对纳米管壁厚起明显作用,管壁厚度从11.6 nm变化到38.1 nm.由此得到的多尺寸TiO2纳米管阵列对前入式光照的光伏器件的应用具有重大意义.     

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。     

多孔二氧化钛涂层的表面形貌

为了研究微弧氧化工艺参数对涂层表面形貌的影响以控制表面形貌,用扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)观察了复合氧化法制备的二氧化钛涂层表面形貌,用X射线衍射(XRD)分析了涂层的相结构。SEM观察结果表明,涂层为多孔凹凸不平的表面。AFM观察结果表明,二氧化钛均由nm级颗粒堆垛而成。XRD分析表明,二氧化钛涂层的晶相为锐钛矿、金红石和单质钛。通过对表面粗糙度的计算可知,微弧氧化时间减少可使表面粗糙度降低,涂层具有极大的表面改性潜力。     

空冷条件下钛渣颗粒的氧化路径及氧化动力学

The oxidation pathway and kinetics of titania slag powders in air were analyzed using differential scanning calorimetry (DSC) andthermogravimetry (TG). The oxidation pathway of titania slag powder in air was divided into three stages according to their three exothermic peaks and three corresponding mass gain stages indicated by the respective non-isothermal DSC and TG curves. The isothermal oxidation kin-etics of high titania slag powders of different sizes were analyzed using the ln-ln analysis method. The results revealed that the entire isotherm-al oxidation process comprises two stages. The kinetic mechanism of the first stage can be described as f (α)=1.77 (1?α) [?ln (1?α)](1.77?1)/1.77 , f (α)=1.97 (1?α) [?ln (1?α)](1.97?1)/1.97 , and f (α)=1.18 (1?α) [?ln (1?α)](1.18?1)/1.18 . The kinetic mechanism of the second stage for all samples can be described as f (α)=1.5(1?α)2/3[1?(1?α)1/3]?1 . The activation energies of titania slag powders with different sizes (d1 < 0.075 mm, 0.125 mm < d2 < 0.150 mm, and 0.425 mm < d3 < 0.600 mm) for different reaction degrees were calculated. For the given experimental conditions, the rate-controlling step in the first oxidation stage of all the samples is a chemical reaction. The rate-controlling steps of the second oxidation stage are a chemical reaction and internal diffusion (for powders d1 < 0.075 mm) and internal diffusion (for powders 0.125 mm < d2 <0.150 mm and 0.425 mm < d3 < 0.600 mm).     

光化学沉积Ag纳米颗粒改性二氧化钛纳米管阵列的光催化及光电响应能力研究

利用电化学阳极氧化法制备出了高度致密,有序的二氧化钛纳米管阵列(TiNT).通过光化学沉积方法在二氧化钛纳米管表面沉积了Ag金属颗粒,并用SEM进行了表征,Ag颗粒的半径在100~500 nm之间.通过对光化学沉积后的TiNT样品进行光电响应和光催化降解测试发现:紫外光照射下改性样品的光电响应能力和光催化降解能力都有不同程度的提高,但在可见光下仍不具备光电响应能力和催化降解能力.     

掺铁TiO_2用于NO_2~-光催化降解研究

采用溶胶 凝胶法制备了掺杂铁的TiO2 粉末 ,并用XRD、SEM、UV Vis漫反射光谱等技术手段考察了掺入铁TiO2 粒子形态的变化 ,以及掺杂与否对氧化降解NO-2 的影响 .研究结果表明 ,铁的掺入可影响TiO2 的结构相变及粒子大小 ,并且发现掺杂后TiO2 对NO-2 的氧化活性显著提高 ,在掺杂量 3 0 %时具有最佳活性 .     

Preparation and hydrogen gas sensitive characteristics of highly ordered titania nanotube arrays

In this paper, we report the growth and characteristics of titania nanotube arrays prepared by anodic oxidation and then annealed in an oxygen atmosphere at 500℃. The titania nanotube arrays presented high sensitivity to hydrogen gas. The crystalline phase of the samples was checked by X-ray diffraction （XRD）. The differences in the nanotubes morphology attributed to the etched samples due to anodization potential, reaction time and the electrolyte concentration were analyzed by scanning electron mi- croscopy （SEM）. The gas sensitive parameters of the samples were obtained from resistance, the response time and the recovery time at different temperatures.     

利用射线束在TiO2纳米管上负载铜颗粒及其光电性能研究

采用阳极氧化法在钛金属表面制备出致密有序的TiO2纳米管阵列,利用紫外光和电子束辐照沉积技术分别在其上沉积铜纳米颗粒以提高其光电性能.利用场发射扫描电镜观察两种不同技术制备的TiO2纳米管阵列负载纳米铜结构的表面形貌.研究比较了不同制备方法得到的样品在紫外光和可见光照射下的光电效应,并讨论不同浸泡溶液浓度对其光电性能的影响.     

不同介孔材料催化氧化对氯甲苯的研究

 采用水热合成法,合成了Co/MCM-41,制备了掺杂Co且具有锐钛矿晶型的介孔二氧化钛Co/MTiO₂,用N₂吸附/脱附,XRD,FI-IR对合成材料进行了表征;结果表明合成的Co/MCM-41和Co/MTiO₂为比表面积较高,孔容较大的介孔材料,所掺杂的过渡金属离子为高度分散的.讨论了2种催化剂在氧化对氯甲苯制备对氯苯甲醛的催化活性.     

铁掺杂TiO2纳米管阵列的制备及可见光光催化性能

以硝酸铁为铁源,采用阳极氧化法一步合成Fe3+掺杂的TiO2纳米管阵列.用扫描电镜(SEM)、X-射线能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)和紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-VIS)等测试方法对催化剂进行表征,并通过可见光光催化降解甲基橙溶液,测定其光催化活性.结果表明:高度致密,规整有序的纳米管阵列垂直生长在钛基底表...     

乙醇钛水解制备超细铁掺杂二氧化钛及光电催化特性

用自制的乙醇钛前驱体,运用溶胶—凝胶法制备铁掺杂二氧化钛超细晶簇,铁离子的掺杂明显增加TiO2超细晶簇的室温光谱吸收,TiO2带隙发生红移,拓宽了光响应范围,提高了光子利用率。TEM、XRD分析表明超细TiO2晶簇在乙醇中分散均匀,粒径为10nm～20nm。