二次阳极氧化技术的理论依据及其局限性

二次阳极氧化技术在多孔阳极氧化铝和氧化钛纳米管的制备过程中得到广泛应用,但其理论依据还不清楚。本文详细综述了二次阳极氧化和预压印技术的由来及其理论依据,阐明了二次阳极氧化过程中传统“场致助溶”理论无法解释的实验事实,分析了二次阳极氧化和预压印技术在多孔阳极氧化铝制备中的局限性和前提条件,并用氧气气泡模型对文献中报道的一些特殊孔道的形成机制进行了诠释,揭示了气泡模具和氧化物的黏性流动对圆柱形、规则有序孔道的形成的重要影响,展望了电子电流和氧气气泡模具对多孔氧化铝、氧化钛纳米管的制备和结构调控的指导作用。本综述对阳极氧化钛纳米管的制备和机理的深入研究,促进其在光催化和太阳能电池领域的应用有重要的意义。     

阳极氧化物纳米孔道和TiO2纳米管形成机理的研究进展

自组织有序的TiO2纳米管和多孔型阳极氧化膜(PAO)因其潜在的应用价值而倍受关注.阀金属的阳极氧化研究了80多年,但是六棱柱元胞结构和多孔纳米管的形成机理至今尚不清楚.本文不是简单地综述PAO的形成机理,而是从更宽的视角综述了致密型阳极氧化膜与PAO的本质联系和形貌差异.对比两种膜的形貌差异和生长过程有助于孔洞形成本质的认识.简要综述了PAO的传统"场致助溶(FAD)"理论和局限性,重点综述了PAO形成机理的最新研究进展,包括粘性流动模型、阻挡层击穿模型、氧气气泡成孔模型、等电场强度模型等.在充分对比分析最新成果的基础上,对PAO机理研究的发展趋势进行了展望:采用超声氧化、真空或高压条件下氧化以及对电解液中添加碳酸钠或还原剂等方法,对揭示孔洞形成和自组织的本质将会有很大帮助;从电流和阳极氧化效率角度入手,是探究传统FAD理论的物理本质的有效途径.     

氧化钛纳米管阵列制备及形成机理

采用电化学阳极氧化法在HF水溶液体系使纯钛表面形成一层结构规整有序的高密度TiO2纳米管阵列,考察了几种主要的实验参数（阳极氧化电压、温度、时间、电解液浓度）对TiO2纳米管阵列形貌和尺寸的影响.结果表明,阳极氧化电压是影响氧化钛形貌和纳米管尺寸的最主要因素,而温度和电解液浓度只影响TiO2纳米管阵列形成的时间.对TiO2纳米管阵列进行X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）的分析,初步表征了TiO2纳米管阵列的电学性质.并讨论了TiO2纳米管的形成机理.     

基于单晶TiO_2纳米颗粒光阳极的高效染料敏化太阳能电池

以阳极氧化法制备的TiO_2纳米管阵列为原料,在含氟化铵的密闭环境中通过热处理直接将TiO_2纳米管阵列转化为单晶TiO_2纳米颗粒膜.不同热处理时间样品的扫描电子显微镜(SEM)图表明,单晶TiO_2纳米颗粒是由TiO_2纳米管坍塌后重新生长成的.X射线衍射(XRD)及高倍率透射电子显微镜(HR-TEM)图显示出TiO_2纳米颗粒为锐钛矿单晶.将这种单晶TiO_2纳米颗粒膜转移到导电玻璃上制备染料敏化太阳能电池光阳极,获得良好的光电性能.对单晶TiO_2纳米颗粒膜厚度进行优化后,染料敏化太阳能电池最高光电转换效率达到8.66%,单色光光电转换效率最高值为86.70%.该方法是一种非水热制备法,克服了水热法对产量的限制,从而为大量制备高质量单晶TiO_2纳米颗粒提供了一种简单可行的方法.     

阳极氧化法制备TiO_2纳米管阵列膜及其应用

由阳极氧化法制备的TiO2纳米管阵列,因其独特的有序结构而显示出优异的性能,在许多领域有着广泛的应用,成为一种很有发展前景的新型纳米结构材料。本文简要综述了制备TiO2纳米管阵列结构的方法及其应用研究进展。在比较了当前几种制备TiO2纳米管阵列方法的优缺点后,重点讨论了阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列结构过程中,如何通过调整工艺参数来实现此类纳米管阵列结构的可控生长。最后评述了TiO2纳米管阵列材料研究的发展趋势和应用前景。     

甘油基电解液中阴离子对阳极氧化TiO2纳米管生长的影响

在NH4F-甘油-水电解液中, 采用阳极氧化法, 在纯Ti基底上制备了高度取向的TiO2纳米管阵列, 考察了阴离子种类、阳极氧化时间及NaAc浓度对纳米管阵列生长的影响. 结果表明, TiO2纳米管的生长速率和长度强烈依赖于阴离子的种类和浓度. NaNO3和NaCl的加入能增大阳极氧化时的电流密度, 提高TiO2纳米管底部的腐蚀速率, 提高管的生长速率及增加管的长度; 而NaAc的加入更大程度上抑制了已生成的TiO2纳米管顶部的溶解, 提高了纳米管的净生长速率, 得到较长的纳米管阵列.     

甘油基电解液中阴离子对阳极氧化TiO2纳米管生长的影响

在NH4F-甘油-水电解液中,采用阳极氧化法,在纯Ti基底上制备了高度取向的TiO2纳米管阵列,考察了阴离子种类、阳极氧化时间及NaAc浓度对纳米管阵列生长的影响.结果表明,TiO2纳米管的生长速率和长度强烈依赖于阴离子的种类和浓度.NaNO3和NaCl的加入能增大阳极氧化时的电流密度,提高TiO2纳米管底部的腐蚀速率,提高管的生长速率及增加管的长度;而NaAc的加入更大程度上抑制了已生成的TiO2纳米管顶部的溶解,提高了纳米管的净生长速率,得到较长的纳米管阵列.     

阳极氧化法制备阀金属氧化物纳米管的机理及影响因素

阳极氧化法不仅能够简便地制备出阀金属氧化物纳米管,而且通过调节各种参数可以调控所制备纳米管的形貌.阳极氧化法制备的纳米管具有优异的化学/物理性能,在众多领域都得到了广泛应用.本文综述了阳极氧化法制备纳米管膜的基本过程以及三种常见的模型,并以三种具有代表性的阀金属(Al、Ti、Zr)为例,分别介绍了它们形成多孔膜反应过程和常用的制备过程,同时也介绍了其他阀金属及其合金的制备方案.最后,结合对Al、Ti、Zr的实验过程,讨论、分析了电压大小、电解液种类、电解液浓度、反应时间等控制因素对阳极氧化法制备纳米管膜形貌的影响,对制备形貌规整的多孔膜,提高多孔膜在实际应用中的性能具有一定的意义.     

甘油-DMSO-H2O中阳极氧化TiO2纳米管阵列的生长与性能

采用NH4F-甘油-DMSO(二甲基亚砜)-H2O溶液体系的电化学阳极氧化法, 在金属钛基板上形成厚度为0.4-1.5 μm的有序TiO2纳米管阵列薄膜. 利用场发射电子扫描显微镜(FESEM)技术, 研究了电解液的组成及阳极氧化电压对TiO2纳米管阵列生长形貌的影响. 结果表明, 阳极氧化电压可以影响TiO2纳米管的径向尺寸和长度；通过改变电解液中DMSO/H2O的体积比, 能够调控纳米管的生成速率与形貌. 利用X射线衍射(XRD)对经过不同温度热处理的TiO2纳米管阵列薄膜的物相进行了分析. TiO2纳米管阵列薄膜的光电催化分解水过程的电压-电流特性测量显示, 光电流密度大于0.2 mA·cm-2.     

宽电压范围下阳极氧化制备TiO_2纳米管阵列及其热稳定性

采用电化学阳极氧化技术,以含有NH4F和H2O的甘油溶液为电解液,在宽氧化电压范围(20~100V)下于纯钛表面制备了结构高度有序的TiO2纳米管阵列。利用扫描电子显微镜(SEM)考察了阳极氧化工艺(氧化电压、NH4F浓度、环境温度、水分含量等因素)及退火处理对纳米管形貌的影响;采用X射线衍射分析(XRD)表征了不同氧化电压和退火前后TiO2纳米管阵列的物相;并从电流-时间曲线出发简要地分析了纳米管阵列的形成机理。结果表明,纳米管的内外径和管长随氧化电压的增大而增大;NH4F浓度和环境温度对纳米管形貌有一定的影响;水分含量的多寡决定了能否在高电压下自组装形成纳米管阵列;TiO2纳米管阵列具有良好的热稳定性,管状形貌可以保持到700℃;直接制备的TiO2纳米管阵列均为无定型结构,经450℃退火处理后,无定型的TiO2纳米管转变为锐钛矿相,而600℃退火处理后,部分锐钛矿相转变为金红石相。     

NiO/TiO_2异质结构纳米管阵列膜对不锈钢的光生阴极保护及其储能性能（英文）

本工作通过修饰TiO_2制备半导体复合膜,提高其光吸收和光电化学性能,以期应用于光生阴极保护。先采用阳极氧化法在Ti表面制备TiO_2纳米管阵列膜,再应用水热处理法在膜表面沉积NiO纳米颗粒,形成具有异质结构纳米管复合膜。利用扫描电子显微镜、X-射线衍射、X-射线光电子能谱、紫外-可见吸收光谱、光致发光谱和光电化学技术对制备的纳米膜进行表征。结果表明,与纯TiO_2纳米管膜比较,NiO/TiO_2纳米管复合膜的光吸收扩展到可见光区。白光照射下,其在0.5 mol·L~(-1) KOH和1 mol·L~(-1) CH_3OH混合液中的光电流密度达到176μA·cm~(-2),是纯TiO_2纳米管膜的2倍。复合膜具有良好的光生阴极保护作用,与0.5 mol·L~(-1) NaCl溶液中的403不锈钢耦连后,可使其电极电位下降440 mV,在光照2.5h再转为暗态后,因具有电荷储存能力还可继续提供约15.5 h的阴极保护效应。     

纳米多孔阳极氧化铁膜的形成及其形貌演变

阳极氧化法制备具有纳米多孔结构的阳极氧化铁膜因其潜在的应用价值而倍受关注。然而,在阳极氧化过程中多孔结构的形成机制至今尚不清楚。本文结合电流密度-电位响应（I-V曲线）及法拉第定律的推导,分析了形成纳米多孔阳极氧化铁膜的过程中阳极电流的组成。结果表明,离子电流（导致离子迁移形成氧化物）和电子电流（导致析出氧气）共同组成阳极电流,并且纳米多孔阳极氧化铁膜的形成与两种电流的占比相关。分段式氧化物之间的空腔以及在阳极氧化初期纳米孔道上覆盖的致密膜,表明氧气泡可能是从氧化膜内部析出。此时,阳离子和阴离子绕过作为模具的氧气泡实现传质,最终导致纳米多孔结构的形成。此外,在阳极氧化铁膜形貌演变过程中,氧气泡不断向外溢出会使表面氧化物被冲破,导致表面孔径不断增大。     

阳极氧化TiO2纳米管阵列的制备与掺杂*

近年来,TiO₂纳米管阵列的制备与应用得到了广泛的研究。阳极氧化法制备TiO₂纳米管阵列具有工艺简单、成本低廉、易于放大等优点,引起了极大关注。本文综述了阳极氧化法制备TiO₂纳米管阵列的研究现状,基于TiO₂纳米管阵列在阳极氧化过程中的生长机理,讨论了决定阳极氧化TiO₂纳米管阵列形成的主要因素。结合本组的研究工作,总结了如何通过改变电压、升压速率、电解液、温度和氧化时间,实现纳米管管径、管壁厚度、管长的有效控制,提高TiO₂纳米管阵列的表面形貌质量。最后介绍了TiO₂纳米管阵列掺杂改性方面的研究进展。     

TiO_2纳米管阵列的多重改性及其在超级电容器中应用的最新进展

阳极氧化法制备的TiO_2纳米管阵列因其简单的制备方法、可控的形貌以及环境友好等优点而成为超级电容器领域重点研究的电极材料之一。本文介绍了TiO_2纳米管的多重改性方法,包括引入氧空位、金属或非金属修饰或掺杂、金属化合物(氧化物、氢氧化物、硫化物、氮化物)以及导电聚合物修饰等,以进一步提高TiO_2纳米管的电化学性能。介绍了近年来阳极氧化法制备的TiO_2纳米管阵列在超级电容器中应用的研究进展,为进一步拓展TiO_2纳米管阵列的实际应用提供参考。     

还原剂对多孔阳极氧化铝纳米孔道结构的影响

多孔阳极氧化铝(PAA)和多孔阳极氧化钛纳米管(PATNT)的结构调控近年来倍受关注. 在形成机理尚不清楚的情况下, 对PAA和PATNT的结构调控很难避免盲目性. 为验证“氧气气泡模具”可以形成纳米孔道这个新观点, 本文采用化学方法对PAA的结构进行调控, 成功地引入了一种还原剂来吸收纳米孔道中的氧气气泡. 在添加还原剂的草酸溶液中得到了一种特殊的阳极氧化铝膜. 研究了还原剂的含量对磷酸溶液中形成PAA孔道结构的影响, 结果表明随着还原剂含量的增加, PAA的孔道直径逐渐减小, 有序性降低. 对比了添加还原剂前后阳极氧化过程的电压-时间曲线的差异, 结果表明, 在含有还原剂溶液中制备的阳极氧化铝膜的导电性明显提高. 在密封的条件下, 还原剂能吸收掉孔道中的氧气, 使气泡模具效应消失, 得到完全的致密型氧化膜. 这些实验事实充分证明PAA中有序孔道的形成是氧气气泡模具效应的结果.     

TiO_2纳米管阵列薄膜制备及生长机理的研究

本论文采用阳极氧化的方法,在NH4HF2+NH4H2PO4的混合水溶液中于室温下以金属钛为基体原位合成氧化钛纳米管阵列薄膜。讨论了电解液成分、外加电压、溶液的pH值对氧化钛纳米管阵列薄膜微观结构及形貌的影响,并建立了阳极氧化钛纳米管阵列薄膜的生长模型。氧化钛纳米管的结构与外加电压有很大的关系,只有电压在5～35V范围内才能制备出二氧化钛纳米管阵列薄膜,其管径随着电压的升高而增加,且管径范围为30～160nm。而薄膜的厚度与电解液有关,通过控制电解液的成分及pH值,可获得厚度为6.5μm的氧化钛纳米管阵列薄膜。     

阳极氧化法制备TiO2纳米管及光催化研究进展

TiO2纳米管是一种新型的高性能材料,因其独特的有序结构而显示出优异的性能,在许多领域有着广泛的应用。本文主要阐述了阳极氧化法制备TiO2纳米管及其纳米管生成的机制,分析了制备过程中电解液pH、阳极氧化电压对所生成的TiO2纳米管阵列结构的影响。实现TiO2纳米管定向排布,对于发挥低维材料的效用至关重要。高度有序的纳米管阵列结构,具有显著的量子尺寸效应和取向效应。对TiO2纳米管阵列进行掺杂改性能够增强材料的光催化性能,提高其光催化效率。在光照条件下,光生电子能快速从TiO2纳米管的导带进入导电基体,大大降低了光生载流子复合几率,从而使其表现出良好的光电活性,可用于太阳能电池领域,在抗菌消毒,污水处理方面也具有很大的应用价值。     

阳极氧化钛纳米管阵列膜可控制备

阳极氧化钛纳米管(anodic titania nanotubes,ATNTs)阵列膜具有制备简便、比表面积大和有序度高等优点因而备受人们关注,已广泛应用于太阳能电池、传感器、光催化和超级电容器等领域。但与类似的多孔阳极氧化铝相比,在可控制备即微观形貌控制方面仍相差甚远。迄今,ATNTs的综述文章多侧重于ATNTs的形成机理、改性及应用方面,而本文则聚焦于近十年来ATNTs制备技术成果,试图揭示其在管长、管径和规整度等方面的可控制备规律。首先介绍了在乙二醇(EG)电解液中制备ATNTs的常规阳极氧化条件,以及得到的ATNTs的典型形貌特征。然后评述了非EG电解液体系中,ATNTs的生长规律和形貌特征。在此基础上,综述了如何通过改变阳极氧化工艺参数,如电解液温度、F^-浓度、氧化电压和时间等来实现对ATNTs管径及规整性的调控,并讨论了制备超长纳米管膜的难点和方法,以及获得ATNTs自支撑膜的各种工艺。最后指出了目前ATNTs可控制备存在的不足及今后的发展方向。     

阳极氧化TiO2纳米管阵列的制备与掺杂

近年来,TiO₂纳米管阵列的制备与应用得到了广泛的研究。阳极氧化法制备TiO₂纳米管阵列具有工艺简单、成本低廉、易于放大等优点,引起了极大关注。本文综述了阳极氧化法制备TiO₂纳米管阵列的研究现状,基于TiO₂纳米管阵列在阳极氧化过程中的生长机理,讨论了决定阳极氧化TiO₂纳米管阵列形成的主要因素。结合本组的研究工作,总结了如何通过改变电压、升压速率、电解液、温度和氧化时间,实现纳米管管径、管壁厚度、管长的有效控制,提高TiO₂纳米管阵列的表面形貌质量。最后介绍了TiO₂纳米管阵列掺杂改性方面的研究进展。     

二氧化钛纳米管阵列的制备、改性及应用

二氧化钛因其在光催化、染料敏化太阳电池、生物医药等应用领域表现出优异性能而成为材料科学领域重点研究的化合物之一。本文介绍了近年来阳极氧化法制备不同形貌的TiO2纳米管(TiO2NTs)阵列,探讨了电解液、阳极氧化时间、电压三个因素对TiO2纳米管形貌的影响,综述了掺杂、复合、表面修饰这三种能对TiO2纳米管进行化学或物理修饰的改性手段以及改性后的TiO2纳米管阵列在光催化、太阳能电池、生物医学、传感等领域的应用研究进展。最后,指出国内外针对二氧化钛纳米管阵列研究现状所存在的问题,并对今后的研究工作提出了展望。