TiO2納米管的結(jié)構(gòu)和界面調(diào)控及其光解水性能研究.pdf

1、一維的陽極氧化鈦納米管(Titanium Oxide Nanotube，TONT)陣列為電荷傳輸提供了直接的通道，作為電化學(xué)能量轉(zhuǎn)化和儲存器件的工作電極具有很大的潛力。對于TiO2納米管在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用，因其表面積較小，不利于光電轉(zhuǎn)化效率的提高。而TiO2納米管陣列的表面積與納米管尺寸有關(guān)。當(dāng)管徑固定時，納米管的表面積與管長成正比，所以增加管長、提高TiO2納米管的長徑比成為提高TiO2納米管光催化性能的方法之一。另一方面，電子-空穴

2、對的復(fù)合也限制了其光電轉(zhuǎn)換效率。
　　首先，利用電化學(xué)陽極氧化法在鈦基底上制備出TiO2納米管陣列，通過形貌表征顯示其高度有序，排列緊密，且納米管管徑均勻，管壁光滑。同時分析了TiO2納米管陣列的形成機理與電流-時間曲線變化的關(guān)系。
　　其次，研究了TiO2納米管的長度及表面狀態(tài)對其光催化能力的影響。長時間氧化后(180 min)納米管表面因場致溶解出現(xiàn)納米線，阻礙了離子的傳輸，導(dǎo)致其光電流密度有所下降。為了得到表面依然平整

3、的長納米管以增加TiO2納米管的表面積，本文通過改善的三步氧化法得到雙層結(jié)構(gòu)的TONT并通過溫和超聲法去除表面納米線。長時間氧化后，作為犧牲層的第一層納米管(First Layer, L1)被腐蝕轉(zhuǎn)化成納米線，但是第二層納米管(Second Layer, L2)由于有第一層的保護沒有受到影響，得到納米線/納米管(L1/L2)的雙層結(jié)構(gòu)。因為此雙層結(jié)構(gòu)界面有明顯的間隙，經(jīng)過溫和超聲后可以有效的去除第一層的納米線結(jié)構(gòu)，從而得到第二層的長納米

4、管且表面管口平整結(jié)構(gòu)。通過此方法調(diào)整雙層TONT的氧化時間從而得到表面無納米線的長納米管，達到增加TiO2納米管的表面積，提高TONT的光催化性能的目的。
　　最后，TONT由于大量的表面缺陷造成了顯著的表面復(fù)合從而阻礙了其光解水性能提高。通過在TONT上原子層沉積(Atomic Layer Deposition，ALD)一層高質(zhì)量Al2O3(表示為TONT-A)以鈍化TONT表面狀態(tài)后，光電流密度相較于原始TONT電極提高了0.