TiO2納米管陣列可控制備及其改性研究.pdf

1、陽(yáng)極氧化法制備的TiO2納米管陣列,因其獨(dú)特的性質(zhì)和穩(wěn)定的物理化學(xué)性能,在氣敏元器件材料、光催化降解有機(jī)污染物材料、染料敏化太陽(yáng)能電池材料及超級(jí)電容器材料等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。本文圍繞陽(yáng)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(yáng)極氧化工藝,實(shí)現(xiàn)TiO2納米管陣列的可控制備,并在陽(yáng)極氧化制備的TiO2納米管陣列的基礎(chǔ)上,分別對(duì)納米管進(jìn)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(xì)闡述了TiO2納米管陣列形貌特征與陽(yáng)極氧化工藝參數(shù)的關(guān)系,分析了納米管陣列的生長(zhǎng)機(jī)理,并進(jìn)一步研究了納米管陣列的光催化機(jī)理及氣體傳感特性。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)常規(guī)一次陽(yáng)極氧化法制備TiO2納米管陣列的過(guò)程中,當(dāng)氧化電壓處于20~70V范圍時(shí),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(zhǎng)逐漸變長(zhǎng),但當(dāng)氧化電壓超過(guò)80V后,TiO2納米管陣列管長(zhǎng)開(kāi)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(shí),管外徑最小,之后隨著NH4F濃度的增大,納米管外徑出現(xiàn)持續(xù)增大的現(xiàn)象;而TiO2納米管陣列內(nèi)徑及管壁厚度與NH4F濃度的關(guān)系基本上是一種先減小后增大的變化規(guī)律。
　　(2)在丙三醇電解液體系中,通過(guò)控制陽(yáng)極氧化電壓(10~55V)制備了管徑連續(xù)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(xiàn)線性關(guān)系(d=3.625×U)。
　

4、　(3)兩次陽(yáng)極氧化法制備了表面平整的TiO2納米管陣列,研究了兩次陽(yáng)極氧化過(guò)程中電壓參數(shù)對(duì)TiO2納米管陣列形貌結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明:70V+70V條件下兩次陽(yáng)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?fù)诫s沒(méi)有破壞納米管的表面形貌和高度有序的管狀結(jié)構(gòu),且N摻雜降低了TiO2納米管的晶型轉(zhuǎn)變溫度,在500℃退火后N-TN

5、As中出現(xiàn)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(shí),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(jiàn)光光催化性能。
　　(5)通過(guò)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(nèi)壁處