多孔TiO2納米陳列的制備和生長機(jī)理探究.pdf

1、TiO2納米管陣列結(jié)合了TiO2出色的半導(dǎo)體性能、耐腐蝕性和納米結(jié)構(gòu)特殊的光、電、磁、性能，在光催化降解有機(jī)物、光降解水、染料敏化太陽能電池等能源、環(huán)保領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用和深入的研究。陽極氧化法是制備高度有序排列的TiO2納米管最常用的方法，但形成機(jī)理尚不明確。主要表現(xiàn)在無法解釋同樣進(jìn)行陽極氧化反應(yīng)，陽極氧化氧化鋁(AAO)形成納米孔結(jié)構(gòu)而陽極氧化鈦(ATO)形成納米管結(jié)構(gòu)的原因。本文以TiF4(TiF62-)水解誘導(dǎo)的氧化鈦沉積為基

2、礎(chǔ)，對(duì)ATO的成孔機(jī)理進(jìn)行了理論模型和實(shí)驗(yàn)室制備ATO孔陣列參數(shù)的探索，主要內(nèi)容如下:
　　利用有限元模擬計(jì)算，本文對(duì)ATO成孔機(jī)理進(jìn)行詳細(xì)探索，嘗試建立可以實(shí)現(xiàn)陽極氧化制備和AAO孔結(jié)構(gòu)相似的ATO納米孔結(jié)構(gòu)的理論模型。通過探究阻擋層電阻率改變、體系中有/無TiF4(TiF62-)水解引起的TiO2沉積對(duì)電流密度分布的影響，確立了通過改變阻擋層表面形貌來實(shí)現(xiàn)理想電流密度分布的建模思路。同時(shí)通過對(duì)體系中有/無TiF4(TiF62-

3、)水解模型的分析，對(duì)ATO成管和AAO成孔的機(jī)理進(jìn)行了科學(xué)解釋。
　　建立Semi-Shaped，利用有限元分析方法對(duì)阻擋層電流密度、電場強(qiáng)度、電勢(shì)分布進(jìn)行表征。發(fā)現(xiàn)Semi-Shaped模型在孔深度大于10nm后電流密度才能實(shí)現(xiàn)理想分布。為了減少此限制條件，利用Tri-Shaped模型對(duì)阻擋層Semi形貌進(jìn)行修正和改進(jìn)，得到陽極氧化初期就能實(shí)現(xiàn)理想電流密度分布的6 nm Tri-Shaped模型。對(duì)6 nm Tri-Shaped

4、進(jìn)行孔加深過程的陽極氧化模擬，證明此阻擋層形貌可以在陽極氧化全過程均實(shí)現(xiàn)ATO成孔的理想電流密度分布，將其確立為ATO成孔的最佳理論模型。
　　以上述模擬結(jié)果為基礎(chǔ)，對(duì)實(shí)驗(yàn)室條件下陽極氧化TiO2納米孔陣列制備進(jìn)行嘗試和陽極氧化實(shí)驗(yàn)參數(shù)探索。通過一次電解調(diào)控阻擋層形貌、調(diào)整電解液成分、加入水解抑制劑等方式，確立了陽極氧化ATO成孔結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)參數(shù)。首次實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室陽極氧化獲得ATO的納米孔狀結(jié)構(gòu)，通過SEM對(duì)其表明形貌和側(cè)面形貌進(jìn)行表