二氧化鈦納米管陣列的制備、改性、表征及光催化性能的研究.pdf

1、半導體光催化技術在利用太陽能和解決環(huán)境污染方面具有廣泛的應用前景。在眾多的氧化物半導體光催化材料中， TiO2可表現(xiàn)出在光照下的強氧化性、無毒和長期穩(wěn)定性等在凈化環(huán)境方面的誘人特性。但是，TiO2光催化材料的光生電子-空穴對復合幾率較高、銳鈦礦型TiO2對太陽光的利用率低等技術問題又嚴重阻礙TiO2光催化材料的工業(yè)化應用。近十幾年來，世界各國的科技工作者一直在努力探索多種制備方法和改性技術，以期提高TiO2光催化效率和對太陽光的利用率。

2、 本工作側重發(fā)展電化學陽極氧化技術，在鈦金屬基體表面制備一層具有特殊納米結構的TiO2納米管陣列膜。利用SEM、XRD、Raman、UV-Vis漫反射譜、EIS和光電流譜等表征方法系統(tǒng)地研究了電化學陽極電壓、氧化時間、溶液攪拌和電解液組成等制備參數(shù)對納米管膜層表面形貌和組成成分的影響，并對其光電性能及在光催化領域的可能應用進行探討。通過TiO2納米管陣列膜對甲基橙水溶液的光催化降解，詳細研究TiO2納米管陣列膜的晶型、幾何結構與

3、其光催化活性的關系；并采用濕法摻雜對TiO2納米管陣列膜進行改性，有效地提高其光催化性能，為高活性的TiO2納米管陣列膜的實際應用提供理論依據(jù)和實驗支撐。主要的研究進展及成果如下： 1.發(fā)展了含有丙三醇的新型含氟電解液體系，使得陽極氧化的電壓范圍拓寬為5～33V，制得的TiO2納米管陣列膜層厚度可達微米級，納米管的管徑大小在20～150nm之間。發(fā)現(xiàn)陽極電壓、氧化時間和電解液體系中丙三醇的含量與納米管陣列的形成和幾何構型之間的關

4、系，并探討和分析各個因素影響納米管陣列生長的機制。通過調節(jié)制備參數(shù)可實現(xiàn)對TiO2納米管陣列尺度和形貌的可控制備。 2.研究了TiO2納米管陣列膜的光電性質，發(fā)現(xiàn)納米管陣列膜光催化降解水溶液中甲基橙的光電化學反應只有一個速率控制步驟，即電荷傳遞過程；且TiO2納米管陣列膜的光電響應明顯優(yōu)于溶膠.凝膠法制備的TiO2納米顆粒膜，并隨膜層增厚，光電流值增大，這表明TiO2納米管陣列膜具有更加優(yōu)異的光催化性能。 3.以甲基橙為

5、模擬污染物，研究了具有高比表面積的TiO2納米管陣列膜的光催化性能。發(fā)現(xiàn)TiO2納米管的特殊陣列結構使其具有優(yōu)異的光催化性能，能迅速破壞甲基橙有機大分子結構，并完全降解為無機小分子，且其光催化效率明顯高于用溶膠-凝膠法制備的TiO2納米顆粒膜。側重考察納米管陣列的幾何構型和熱處理溫度對其光催化降解性能的影響，結果表明，經(jīng)500℃熱處理，厚度為2.5μm的TiO2納米管陣列膜具有較高的光催化活性。 4.采用NH3·H2O直接浸漬方