微含水量电解液中高管径比TiO2纳米管阵列的制备

通过阳极氧化法在微含水量为0.5wt%的NH₄F/乙二醇/H₂O酸性电解质体系中制备了管径大、高管径比的二氧化钛（TiO₂）纳米管阵列。采用SEM、XRD等测试手段对TiO₂纳米管阵列形貌及晶相进行表征,探讨了不同氧化时间、电压对纳米管阵列形貌的影响,微含水量下氧化电压可以适当增加,更容易得到规整的长纳米管阵列;通过测定样品的光电流和紫外-可见光漫反射吸收光谱,研究分析了含水量以及超声工艺对纳米管光吸收及光电流特性,微含水量下得到的纳米管阵列可见光吸收边红移至420nm,对480~700nm可见光有明显的光吸收,光电流显著增大;丙酮作为超声介质可有效去除纳米管阵列表面的集束,能进一步提高纳米管阵列的光电性能。     

透明TiO2纳米管/FTO电极制备及表征

采用射频磁控溅射方法在透明导电玻璃(FTO)上沉积纯钛薄膜, 室温条件下在H3PO4+HF电解液中通过恒压阳极氧化方法得到TiO2纳米管阵列, 并通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)、UV-Vis透射光谱以及光电化学的方法对纳米管阵列进行了表征. 研究表明, 在电压为20 V、氧化时间为50 min时, 钛薄膜转化为TiO2纳米管阵列, 管长约为380 nm, 内径约为90 nm, 管壁约为15 nm; 再经过500 ℃空气热处理6 h之后得到锐钛矿型的TiO2纳米管/FTO透明电极, 在可见光区的平均透过率约为80%, TiO2禁带宽度为3.28 eV, 发生了蓝移, 带尾扩展到2.6 eV; 此外, 对结晶前后的复合电极分别在暗态和紫外光下进行线性扫描和瞬态光电流测试, 结果表明, 结晶的电极表现出更好的光电转换性能; 施加阳极电压和紫外光照射都能够促进TiO2光生载流子有效分离,使电子迅速传至导电玻璃表面通过外电路形成光电流.     

透明TiO2纳米管/FT0电极制备及表征

采用射频磁控溅射方法在透明导电玻璃(FTO)上沉积纯钛薄膜,室温条件下在H3PO4 HF电解液中通过恒压阳极氧化方法得到TiO2纳米管阵列,并通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)、UV-Vis透射光谱以及光电化学的方法对纳米管阵列进行了表征.研究表明,在电压为20V、氧化时间为50min时,钛薄膜转化为TiO2纳米管阵列,管长约为380nm,内径约为90nm,管壁约为15nm;再经过500℃空气热处理6h之后得到锐钛矿型的TiO2纳米管/FTO透明电极,在可见光区的平均透过率约为80%,TiO2禁带宽度为3.28eV,发生了蓝移,带尾扩展到2.6eV;此外,对结晶前后的复合电极分别在暗态和紫外光下进行线性扫描和瞬态光电流测试,结果表明,结晶的电极表现出更好的光电转换性能;施加阳极电压和紫外光照射都能够促进TiO2光生载流子有效分离,使电子迅速传至导电玻璃表面通过外电路形成光电流.     

NH4F/H3PO4体系中阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列

以价廉的Ni板代替常用的Pt片为阴极,纯钛为阳极,采用电化学阳极氧化法在NH4F-H3PO4体系中制备出TiO2纳米管阵列.详细研究了制备参数(溶液酸度、氟离子浓度、外加电压和氧化时间)对所获纳米管阵列形貌的影响.采用场发射扫描电镜(FE-SEM)和X射线衍射(XRD)对样品的形貌和晶相结构进行了表征.在最优化的条件下,可以获得形貌规整、表面干净、有序的TiO2纳米管阵列.纳米管阵列的平均管径为60 nm.管长约530 nm.采用阳极氧化法制备的纳米管阵列是非晶态的.经400℃热处理2 h后,可以转变为锐钛矿相.实验结果还发现,经过热处理后,纳米管阵列变得更为有序,管径扩大至约95 nm.     

阳极氧化条件对氧化钛纳米管阵列形貌及光催化性能的影响

以阳极氧化法制备了高度有序的TiO2纳米管阵列,采用扫描电镜观察了不同制备条件下得到的TiO2纳米管阵列的微观形貌,分别考察了电解时间、电压、电解液组成对TiO2纳米管阵列形貌的影响;此外,以酸性红3R染料作为标志物,测定了制得的TiO2纳米管阵列片的光催化性能.结果表明,以0.5%NH4F(质量分数)和乙二醇与水按体积比5∶1混合得到的溶液作为电解液,在15V电压下电解2h,得到的TiO2纳米管阵列的纳米管管径适中(60nm)、大小均一、排列整齐.所制备的TiO2纳米管阵列对染料的降解率显著优于纳米TiO2水溶胶的,且其光催化性能与形貌、电解时间及煅烧温度等密切相关.     

导电玻璃上室温沉积钛膜及TiO2纳米管阵列的制备与表征

在掺氟的杂nO2(FTO)导电玻璃衬底上采用射频磁控溅射的方法室温沉积纯Ti薄膜, 以NH4F/甘油为电解液, 经电化学阳极氧化得到结构有序、微米级的TiO2纳米管阵列/FTO复合结构, 并通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)以及光电化学的方法对纳米管阵列进行了表征. 研究表明, 在氩气气压为0.5 Pa, 功率为150 W, 时间为0.5 h条件下在导电玻璃上室温沉积获得钛膜的结构为晶带T型组织, 表面均匀性好且致密度较高; 在电压为30 V下, 随着阳极氧化时间从1 h延长至3 h, 纳米管的管径从50 nm增加到75 nm, 纳米管的长度从750 nm增至1100 nm后减至800 nm, 管壁由平滑变为波纹状; 随氧化电压的升高, 纳米管管径逐渐增大, 而表面覆盖物逐渐减少, 可通过在稀的HF溶液(0.05%(w, 质量分数))中超声清洗去除; 此外, 瞬态光电流测试表明结晶的电极表现出更好的光电转换性能, 紫外光照射下能促进TiO2光生载流子有效分离, 在热处理温度为450 ℃时, 具有较高的光电化学性能.     

导电玻璃上室温沉积钛膜及TiO2纳米管阵列的制备与表征

在掺氟的SnO2(FTO)导电玻璃衬底上采用射频磁控溅射的方法室温沉积纯Ti薄膜,以NH4F/甘油为电解液,经电化学阳极氧化得到结构有序、微米级的TiO2纳米管阵列/FTO复合结构,并通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)以及光电化学的方法对纳米管阵列进行了表征.研究表明,在氩气气压为0.5Pa,功率为150W,时间为0.5h条件下在导电玻璃上室温沉积获得钛膜的结构为晶带T型组织,表面均匀性好且致密度较高;在电压为30V下,随着阳极氧化时间从1h延长至3h,纳米管的管径从50nm增加到75nm,纳米管的长度从750nm增至1100nm后减至800nm,管壁由平滑变为波纹状;随氧化电压的升高,纳米管管径逐渐增大,而表面覆盖物逐渐减少,可通过在稀的HF溶液(0.05%(w,质量分数))中超声清洗去除;此外,瞬态光电流测试表明结晶的电极表现出更好的光电转换性能,紫外光照射下能促进TiO2光生载流子有效分离,在热处理温度为450℃时,具有较高的光电化学性能.     

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。     

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。     

Fe2O3/TiO2纳米管阵列的制备及其光催化性能

在钛基体上采用阳极氧化法制备了TiO₂纳米管阵列,采用化学浴方法在TiO₂纳米管阵列上修饰了Fe₂O₃纳米颗粒.利用扫描电镜、X射线衍射和紫外可见漫反射光谱等手段对材料进行了表征,同时测试了材料的光电化学性能及其光催化降解亚甲基蓝染料废水的性能.结果表明,Fe₂O₃纳米颗粒的修饰将TiO₂纳米管阵列的光响应拓宽至可见光区域,提高了光电流,Fe₂O₃/TiO₂纳米管阵列的光电流是未修饰的TiO₂纳米管阵列的9倍.而在光催化反应中,亚甲基蓝最高降解率可达80%,比未修饰的TiO₂纳米管阵列高出30%.     

Fe_2O_3/TiO_2纳米管阵列的制备及其光催化性能

在钛基体上采用阳极氧化法制备了TiO2纳米管阵列,采用化学浴方法在TiO2纳米管阵列上修饰了Fe2O3纳米颗粒。利用扫描电镜、X射线衍射和紫外可见漫反射光谱等手段对材料进行了表征,同时测试了材料的光电化学性能及其光催化降解亚甲基蓝染料废水的性能。结果表明,Fe2O3纳米颗粒的修饰将TiO2纳米管阵列的光响应拓宽至可见光区域,提高了光电流,Fe2O3/TiO2纳米管阵列的光电流是未修饰的TiO2纳米管阵列的9倍。而在光催化反应中,亚甲基蓝最高降解率可达80%,比未修饰的TiO2纳米管阵列高出30%。     

TiO2纳米管阵列负载不同形貌Cu2O薄膜的制备及光电性能研究

本论文采用阳极氧化法在金属钛基底上制备高度有序的TiO2纳米管阵列薄膜,然后采用脉冲电流法在TiO2纳米管阵列上沉积Cu2O,从而制备出Cu2O-TiO2纳米管阵列异质结复合薄膜。借助X射线衍射仪(XRD),场发射扫描电子显微镜(FESEM)和透射电子显微镜(TEM)等表征手段,详细探讨了Cu2O沉积过程中电解液的不同扰动方式(静止、磁力搅拌和超声搅拌)对复合薄膜物相和形貌的影响。实验结果表明电解液的扰动方式会影响Cu2O沉积过程中的离子扩散和微区化学环境,从而影响Cu2O的形貌。通过漫反射紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)和光电流性能测试可知所制备的负载Cu2O型TiO2纳米管阵列薄膜具有显著的可见光响应效应。     

阴离子改性甘油溶液中TiO2纳米管阵列的制备和表征

本文采用电化学阳极氧化法以含氟的甘油和水混合溶液为电解液在纯钛表面制备了一层排列规整的TiO2纳米管阵列,研究了电解液中额外添加3种2价阴离子、不同的电解时间及不同的添加物浓度等因素对所获得的TiO2纳米管阵列形貌的影响。结果表明,在改性电解液中制备的TiO2纳米管阵列的长度均超过了未改性的电解液中制备的,并随着氧化时间的增长,纳米管管口直径增大,管壁变薄;同时添加的(NH4)2TiF6浓度在0.025~0.1 mol.L-1范围内均可获得管长更长且形貌较好的TiO2纳米管阵列。     

TiO2纳米管阵列光电催化氧化处理氨氮废水

用电化学阳极氧化法制备了高度有序的钛基二氧化钛纳米管阵列薄膜。用场发射扫描电镜(FE-SEM)、X射线衍射(XRD)表征样品的形貌与晶型特征。以二氧化钛纳米管阵列为光阳极,石墨为对电极,测试了不同pH值和外加偏压条件下的光电流响应和光电催化氧化降解NH4Cl水溶液(以N计,100 mg·L-1)的效率。结果表明:所制备的TiO2纳米管阵列具有锐钛矿和金红石的混晶结构,且主要晶型为锐钛矿。光电流响应的强弱与光电催化氧化效率的高低相对应,降解氨氮废水的最佳条件为pH=11,偏压为1.0 V。     

TiO2 nanorods branched on fast-synthesized large clearance TiO2 nanotube arrays for dye-sensitized solar cells

A large clearance TiO₂ nanotube arrays (LTAs) has been synthesized by a not more than 12 h anodization duration and based on this a branched TiO₂ nanotube arrays (BLTs) has been achieved through TiO₂ nanorods branch-like grown on the LTAs. Some key factors and probable mechanisms of the fabrication processes on two novel nanoarchitectures are discussed. Exhilaratingly, it is found that the obtained LTAs has demonstrated large pore diameter and void spaces (pore diameter ∼350 nm; void spaces ∼160 nm; and tube length ∼3.5 μm), and the synthesized hierarchical BLTs, compared with conventional TiO₂ nanotube arrays, has shown a much stronger dye absorption performance and an approximately double of the solar cell efficiency (in our case from 1.62% to 3.18% under simulated AM 1.5 conditions).     

Preparation and Characterization of TiO2 Nanotube Arrays via Anodization of Titanium Films Deposited on FTO Conducting Glass at Room Temperature

Self-organized TiO₂ nanotube arrays with micro-scale length were prepared on fluorine-doped tin oxide (FTO) conducting glass in NH₄F/glycerol electrolyte by electrochemical anodization of pure titanium films deposited by radio frequency magnetron sputtering (RFMS) at room temperature. The samples were characterized by means of field emission scanning electron microscopy (FESEM), X-ray diffraction (XRD), and photoelectrochemistry methods. The results showed that Ti films prepared at the condition of Ar pressure 0.5 Pa, power 150 W, and 0.5 h at room temperature possessed the zone T model structure with good homogeneity and high denseness. When the anodization time was prolonged from 1 to 3 h at the voltage of 30 V, the pore diameter of TiO₂ nanotubes increased from 50 to 75 nm, and the length increased from 750 to 1100 nm and then gradually decreased to 800 nm, while their wall morphology changed from smooth to rough. Also with increasing the anodization voltage, the pore diameter became larger, and the remaining oxide layer reduced, which could be easily removed by ultrasonic-chemical cleaning in 0.05% (w, mass fraction) diluted HF solution. Moreover, the photocurrent response curves and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) results indicated that UV-illumination clearly enhanced the effective separation of the electron-hole pairs and the crystallized electrodes from the annealing treatment of as-anodized electrodes at 450 °C exhibited a better photoelectrochemical performance.     

TiO2纳米管阵列覆盖Si薄膜光催化还原CO2性能的研究

本工作采用CVD法在阳极氧化TiO2纳米管阵列膜表面沉积一层非晶Si膜,通过退火后得到晶化了的Si膜/TiO2纳米管阵列的复合结构,并初步就其光催化还原CO2制备碳氢化合物的活性进行研究。拉曼光谱(Raman)、X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、高分辨透射电子显微镜(TEM)等微结构表征结果表明所制备的TiO2纳米管阵列的厚度为270 nm左右,管直径约为70 nm,管壁厚度约为16 nm。覆盖的Si膜已晶化,其厚度约为300 nm。通过高效液相色谱(HPLC)及总有机碳(TOC)来检测光催化还原液相产物中的甲酸及总有机碳含量,发现负载Si膜后的TiO2纳米管阵列光催化性能有所提高,在装有400cut滤光片氙灯照射2 h下TOC含量从21.2 mg.L-1增长到29.5 mg.L-1,表明Si与TiO2的复合可有效的提高光催化还原CO2的活性,这可能与该异质结结构可增加对光的吸收并且可降低光生空穴-电子对复合有关。光催化循环实验表明所制得的催化剂在循环5次后仍可保持91.6%的催化活性。     

The Synthesis and Photocatalytic Properties of TiO2 Nanotube Array by Starch‐Modified Anodic Oxidation

In this study, the characterization and photocatalytic activity of TiO₂ nanotube arrays prepared by anodization process with starch addition were investigated in detail. The results suggested that the optimum mass fraction of starch added in anodization process was 0.1%, with which TiO₂ nanotube arrays owning good tubular structure were synthesized. The tube length and average inner diameter of nanotubes were approximately 4 μm and 30 nm, respectively. Through the characterization of TiO₂ nanotube arrays by energy dispersive spectrometer, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, X‐ray diffraction, Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy, it was found that the as‐prepared nanotubes possessed well uniformed and higher photodegradation responsive than the pure TiO₂. Moreover, it was expected that the as‐prepared nanotubes exhibited good photocatalytic activity for the degradation of RhB under UV‐light irradiation, which could be ascribed to their good morphology, enhanced UV‐light absorption property and electron transmission ability during the photocatalytic reaction. In addition, the nanotubes were not significantly regenerated during the cycling runs experiment. Overall, this study could provide a principle method to synthesize TiO₂ nanotube arrays with enhanced photocatalytic activity by anodization process with starch addition for environmental purification.