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。     

阳极氧化法制备TiO2多孔薄膜

本文综述了制备TiO₂薄膜的各种方法,详细介绍了阳极氧化法制备TiO₂多孔膜的进展,在非含氟电解液体系中,对纯钛进行阳极氧化处理可制得表面呈无规则生长的多孔膜结构;在含氟电解液体系中,则可自组织形成高度有序的TiO₂纳米管阵列,并指出阳极氧化法是可在常温低压下进行、操作工艺简单、薄膜性能稳定、再现性好的一种最具工业化应用潜力的制备方法。     

有机电解液在阳极氧化法制备TiO2纳米管中的应用

二氧化钛纳米管由于其特殊的结构和优异的性能,在很多领域都有着重要的应用前景。阳极氧化法是制备二氧化钛纳米管的一种主要方法。近来,在阳极氧化法中使用有机电解液来制备二氧化钛纳米管取得了非常显著的效果。与传统的水溶性电解液相比,其深宽比和光电转换效率有了很大的提高。本文主要介绍了二氧化钛纳米管的阳极氧化原理以及有机电解液在阳极氧化法中对二氧化钛纳米管生长过程的影响。     

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。     

阳极氧化法制备多段氧化钛纳米管阵列

光滑管壁结构与竹子结构氧化钛纳米管在一些应用方面分别表现出各自的优势,比如光滑管壁结构氧化钛纳米管更适合电子的传输,竹子结构氧化钛纳米管增加了纳米管的比表面积.集合了两种结构特点的氧化钛纳米管将会在一些应用方面更加优秀.我们提供了一种通过阳极氧化简单制备多段氧化钛纳米管阵列的方法,这种多段氧化钛纳米管是由光滑管壁结构与竹子结构交替组成的.直流电压与交流电压交替使用分别得到氧化钛纳米管的光滑管壁段和竹子结构段.直流电压与交流电压各自的持续时间可以对段长完全控制.并且我们指出了得到这种多段氧化钛纳米管阵列应该注意的问题.首先,为了避免纳米管段与段之间的分裂,电压切换时氢离子的分布不应该被扰乱;其次,为了避免纳米管各段之间因为直径出现差别而断裂,直流电压的大小应该等于交流电压的大电压.这种多段的纳米管阵列期望在太阳能电池,药物传输等方面得到广泛应用.     

阳极氧化法制备TiO2纳米管及其光催化性能

纳米TiO₂对诸多环境污染物有显著的光催化降解作用,光催化已发展成为新型环境污染治理技术。本文采用阳极氧化法制备出TiO₂纳米管,对比了四种电解液组成(A氟化铵+硫酸铵+水;B氟化铵+硫酸铵+乙酸+水;C氟化铵+硫酸铵+甘油+水;D氢氟酸+二甲基亚砜(DMOS)+乙醇)对催化剂表面形貌及光催化性能的影响。结果表明,电解液A和C都制备出了形貌清晰的TiO₂纳米管,管径约为60~74 nm。样品经400 ℃煅烧,TiO₂晶型主要为锐钛矿相;经500 ℃煅烧,出现少量金红石相;经700 ℃煅烧,晶型全部为金红石相。具有良好形貌的TiO₂纳米管同时具有良好的紫外光吸收能力。当亚甲基蓝初始浓度为10 mg·L^-1,经500 ℃煅烧的TiO₂纳米管光催化活性最佳,光照30 min亚甲基蓝的降解率达89.98%。亚甲基蓝光催化降解反应符合一级反应动力学,反应速率常数为0.079 30。     

热处理气氛对 TiO2 纳米管阵列薄膜光电催化性能的影响

 采用原位阳极氧化法在 Ti 基底上制备了高度有序的 TiO₂ 纳米管阵列薄膜, 分别在 O₂, 空气, Ar 和 H₂ 气氛中于 500 oC 进行结晶热处理, 考察了热处理气氛对 TiO₂ 纳米管阵列薄膜光电催化降解亚甲基蓝 (MB) 反应性能的影响. 结果表明, 在这些气氛中热处理得到的锐钛矿晶型的纳米管阵列薄膜对 MB 降解满足一级反应, 其速率常数分别为 4.967, 3.127, 1.989 和 1.625 h^-1 (0.5 V). 电化学阻抗分析表明, TiO₂ 纳米管的光电催化性能受控于光生电荷的传递特性. 在 O₂ 中热处理, TiO₂ 纳米管的光吸收及激发性能得以改善, 且电荷传递阻抗降低, 因而其光电催化性能最好.     

TiO2纳米管阳极氧化制备机理及热处理对其影响

采用阳极氧化方法,在NH4F+H2O的乙二醇溶液体系下制备了TiO2纳米管列阵薄膜,建立了TiO2纳米管列阵薄膜的"电场诱导"生长模型。TiO2纳米管的管形结构形成与TiO2的半导体性质相关。纳米管表面吸附的纳米粒子与管壁间空间有关系。经过退火处理的纳米管管口由12~14个直径为25~35 nm的纳米颗粒团聚体组成,600℃时,纳米管结构已被破坏。经过300~600℃之间不同温度处理后的TiO2纳米管呈现锐钛矿晶态,比表面积随温度升高呈下降趋势。     

阳极氧化TiO2纳米管阵列调控与应用研究进展

简述了阳极氧化TiO₂纳米管阵列(titanium oxide nanotube array,TNAs)的形成机制,在光催化、传感器、生物医用和太阳能电池等领域的研究进展,详细介绍阳极氧化工艺参数(如电压、温度、时间、pH值、氟离子和添加剂等)对TNAs阵列形态结构的影响。对目前的研究进展进行了展望,并对未来的研究提出了建议。     

温度控制TiO2纳米管及管/线复合阵列的制备

以含有NH4F的乙二醇溶液为电解液,在宽温度范围内(10~70℃)对纯Ti表面进行阳极氧化,制得形貌可控的TiO2纳米结构。利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)和透射电镜(TEM)对纳米TiO2的形貌进行表征。结果表明,随着电解液温度的变化,纳米TiO2的形貌得到控制,可形成TiO2纳米管阵列及纳米管阵列/纳米线复合结构,温度40~50℃为转折温区。     

TiO2纳米管阵列制备及其电化学嵌锂性能研究

本文研究了TiO2纳米管阵列制备及其嵌锂电化学性能.采用阳极氧化法制备了TiO2纳米管阵列.利用XRD、SEM、恒电流充放电、CV、EIS等手段.对所制备TiO2纳米管阵列的结构、形貌进行了分析表征及电化学性能测试.实验结果表明,制备出的TiO2纳米管阵列薄膜具有很好的循环性能.首次嵌锂容量达73.3 μAh·cm-2...     

二氧化钛纳米管阵列薄膜的超声辐射阳极氧化制备

通过使用铂片作为对电极在含有氢氟酸的二甲基亚砜溶液中, 将金属钛片进行阳极氧化的方法制备得到二氧化钛纳米管阵列薄膜. 在施加40 V偏压超声辐射作用下阳极氧化24 h条件下得到的二氧化钛纳米管长达到680 nm, 管内直径25 nm, 管壁厚度约3～5 nm. 采用了XRD和TEM等分析手段表征了二氧化钛纳米管阵列薄膜的微观结构和表面形貌, 分别测试了薄膜的光吸收性能、循环伏安特性和光化学转换效率, 并和碱性溶胶-凝胶方法制备的纳米晶二氧化钛薄膜作了对比研究. 实验制备的二氧化钛纳米管阵列薄膜电极的光吸收率比纳米晶二氧化钛薄膜提高了40%, 光电化学转换效率前者是后者的6倍, 实验结果表明二氧化钛纳米管阵列薄膜结构有利于加快电子的传输, 并能减少电荷复合, 采用这种二氧化钛纳米管阵列薄膜结构的染料敏化太阳能电池光电极有望进一步提高太阳能电池的效率. 本文还探讨了在超声波辐射作用下二氧化钛纳米管阵列薄膜的形成机理.     

聚吡咯/TiO2纳米管阵列复合电极制备条件对其光电性能的影响

通过阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列(TNTA),静态下采用电化学方法在TNTA表面修饰聚吡咯(PPy)。并用扫描电子显微镜(SEM)、红外透射光谱(FTIR)、紫外可见漫反射吸收光谱(UV-Vis)等表征手段对复合材料进行表征。结果显示,PPy和TiO2之间存在强烈的相互作用,PPy修饰的TNTA发生了红移,并且增强了其在整个可见光区的吸收。确定了影响PPy/TNTA复合电极光电性能的因素(聚合时间、聚合温度、聚合电位、电解质浓度等),通过测定连续瞬间电流-时间曲线的方法,考察了制备条件对复合材料光电性能的影响。初步探讨出PPy提高TNTA光电性能的机理。     

含氯离子电解液中二氧化钛纳米管的阳极氧化形成机理及应用

采用电化学阳极氧化的方法,以氯化铵(NH₄Cl)水溶液为电解液,在纯钛表面制备了二氧化钛(TiO₂)纳米管。考察了制备电压、氧化时间、Cl^-浓度和钛基体的退火处理对阳极氧化过程的影响规律,探讨了在含氯离子电解液中纳米管的形成机理,并基于上述含氯离子电解液中纳米管形成机制,通过两步阳极氧化法得到无支撑纳米管薄膜。     

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.     

TiO_2纳米管阵列的制备与稀土掺杂改性研究

在水相中采用阳极氧化法制备了高度有序的TiO2纳米管阵列。探讨了稀土掺杂和染料敏化等因素对TiO2纳米管光电性能的影响,并对样品分别进行了X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外吸收光谱(UV-V is)、荧光光谱(FS)和光电测试等性能测定。实验结果表明,通过稀土(Gd3+,La3+,Y3+)掺杂TiO2纳米管的光电性能都有所提升,其中Y3+掺杂的TiO2纳米管的光电效率和填充因子最高达到0.92%和0.59,Y3+掺杂后染料敏化TiO2纳米管太阳能光阳极的光电转换效率增加了近3.2倍。     

Enhanced Photoelectrochemical Property of Zn Loaded TiO2 Nanotube Arrays Electrode

TiO₂ nanotube arrays (TNTs) electrode loaded with Zn nanoparticles was prepared by anodization and the size of Zn nanoparticle loaded on TNTs electrode was controlled bychronoamperometry deposition time. Results of SEM and XRD analysis show that Zn nanoparticles had a diameter of about 15-25 nm when the deposition time was 3-5 s. The UV-Vis diffuse reflectance spectra show the Zn loaded harvest light with 480-780 nm more effectively than the unloaded sample. The photocurrent response of Zn loaded TNTs electrodes were studied, the results showed that TNTs electrodes loaded with Zn nanoparti-cles has 50% increased photocurrent response under high-pressure mercury lamp irradiation compared with unloaded TNTs electrode.     

Pd掺杂TiO_2纳米管阵列的制备及氢敏性能

采用电化学阳极氧化的方法,以含F-的溶液为电解液,在金属钛基底表面生长出规则排列的TiO2纳米管阵列,并通过电化学沉积的方法对之进行金属Pd掺杂。利用XRD、SEM和TEM对样品进行分析表征,并测试了样品的氢敏性能。结果表明,用此种方法制备的Pd掺杂的TiO2纳米管阵列具有良好的氢气敏感性能,适当掺Pd的样品在较低温度(80℃)下对0.01mL·L-1的H2具有良好的灵敏性(灵敏度S=14)。     

微含水量电解液中高管径比TiO_2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。     

淬火处理对TiO2纳米管阵列电极性能影响

为使TiO2纳米管阵列电极更好地应用于太阳能电池中, 通过恒压阳极氧化法以0.5%(w, 质量分数)NH4F/甘油作为电解液, 在钛基体上制备出了TiO2纳米管阵列. 随后将TiO2纳米管阵列电极在水中进行不同温度淬火处理, 通过X射线衍射(XRD)仪、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线光电子能谱(XPS)和循环伏安法(CV)研究经淬火处理的TiO2纳米管阵列的形貌、晶体结构和电化学性能. 研究得出TiO2纳米管阵列经淬火处理其表面获得更多Ti3+缺陷点和TiO2纳米碎片. 经0 ℃淬火处理的TiO2纳米管阵列电极出现了更多Ti3+缺陷点和OH 基团, 且有更多的纳米碎片出现, 其光电化学性能得到了大幅度提高, 其40 min光照对甲基橙的光催化降解率高达96.2%.