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.     

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。     

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.     

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.     

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。     

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.     

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。     

高度有序的二氧化钛纳米管阵列的制备及其光催化活性的研究

采用电化学阳极氧化法在钛表面构筑了一种结构有序、微米级的TiO₂纳米管阵列膜层. 考察了制备电压、氧化时间、溶液搅拌等实验参数对TiO₂纳米管阵列形貌和尺寸的影响. 应用SEM和XRD对膜层的形貌和晶型进行了分析和表征, 并通过TiO₂纳米管阵列膜对甲基橙的光催化降解, 研究了TiO₂纳米管阵列膜层结构与光催化活性的关系. 结果表明: 阳极电压和溶液搅拌对制备TiO₂纳米管阵列的结构起到关键的作用. 控制20 V电压制备的TiO₂纳米管阵列膜, 管长达2.6～3.3 μm, 经500 ℃热处理后具有最高的光催化活性, 其光催化性能明显优于一般的TiO₂纳米颗粒膜.     

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%.     

LaNiO3/TiO2纳米管阵列的电化学制备及其光催化性能

利用脉冲电沉积与高温退火相结合的方法制备了镍酸镧(LaNiO₃)纳米颗粒负载的二氧化钛(TiO₂)纳米管阵列. 修饰于TiO₂纳米管阵列上的LaNiO₃纳米颗粒粒径小（< 10 nm）、分布均匀、负载量可控,一些LaNiO₃纳米颗粒沉积于TiO₂纳米管内. 紫外可见吸收光谱显示,LaNiO₃/TiO₂纳米管阵列的吸收带边较TiO₂纳米管阵列明显红移,可见光吸收明显增强. 可见光下光催化降解罗丹明B（RhB）的结果表明,脉冲循环沉积500次制得的LaNiO₃/TiO₂纳米管阵列的光催化活性最佳,其对RhB光催化降解速率是TiO₂纳米管阵列的3.5倍,并且表现出极好的光催化稳定性.     

CO在金属掺杂TiO2纳米管阵列中的吸附及氧化

采用密度泛函理论(DFT)研究了五种不同金属元素V、Cr、Pd、Pt、Au掺杂二氧化钛纳米管阵列(TNTAs)的性质以及CO在这些二氧化钛纳米管阵列中的吸附和氧化.结果表明:金属的掺杂使TNTAs的带隙减小;弱吸附的CO能够和二氧化钛纳米管阵列中的晶格氧通过氧化还原机理生成CO2,这可归因于纳米管阵列的限域效应和金属元素的掺杂.合适的金属掺杂能促进CO氧化,除Cr以外的金属元素的掺杂降低了CO氧化的活化能垒,特别是Pd或Au的掺杂使能垒降低最为明显.贵金属元素Pd或Au掺杂TiO2纳米管阵列具有优良的光催化性能,可用于CO的低温氧化催化剂.     

Study on the Formation Mechanism of Nanotube TiO2

Nanotube TiO2 is a novel kind of nanomaterials. In 1998, Kasuga et al. first found that the nanotube TiO2 can be obtained through the treatment of the powered polycrystalline TiO2 in concentrated NaOH solution1. Then, we studied its morphological structure and physicochemical properties, and the results reported elsewhere2(Fig. 1, cover of Chinese Science Bulletin). In this paper the formation mechanism of nanotube TiO2 will be discussed.     

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.     

Effect of Structural Parameters of TiO2 Nanotube Arrays upon Their Photocatalytic/Photoelectrocatalytic Performance

The effect of structural parameters of TiO₂ nanotube arrays (TNAs) upon their photocatalytic/photoelectro‐catalytic performance is studied by comparing the morphological characteristics and physicochemical properties with different tube lengths prepared from three kinds of electrolytes. The results show that the UV‐Vis absorption edge of TNAs red‐shifted with the increment of tube length and the short TNAs possess higher bandgap energy. The variation tendency of electrochemical window of TNAs is DMSO (5.5 V)>Cit (3.2 V)>HF (1.8 V). The long TNAs possess higher photocatalytic (PC) reactivity suggesting the surface roughness factor is the main determinant of PC efficiency, although, there is obvious recombination effects for the long TNAs. Evidenced by the positive correlation between tube length and photoelectrocatalytic (PEC) efficiency for TNAs from the same electrolyte, the enhancement of the tube length could lead to better PEC reactivity, but when the tube length is over a certain value, the PEC degradation rate no longer increases but decreases. The long TNAs with large surface roughness factor prepared from Cit and DMSO electrolytes exhibit comparative or even lower PEC performance compared with the short TNAs prepared from HF electrolyte, indicating that the PEC performance of TNAs was dominated by charge separation and photoelectron transfer properties rather than surface roughness coefficient and the tube length.     

Electrodeposition of TiO2 Nanoparticles on Multiwalled Carbon Nanotube Arrays for Hydrogen Peroxide Sensing

In this work, an amperometric H₂O₂ sensor based on TiO₂/MWCNTs electrode is reported. TiO₂ nanoparticles were synthesized on vertically aligned multiwalled carbon nanotube (MWCNT) arrays by electrodeposition. The morphology of the TiO₂/MWCNTs was characterized by scanning electron microscopy (SEM). The electrochemical performance of the TiO₂/MWCNTs electrode for detection of H₂O₂ was investigated by cyclic voltammetry (CV), differential pulse voltammetry (DPV) and chronoamperometry. The TiO₂/MWCNTs electrode displays high electrocatalytic activity towards oxidation of H₂O₂ in 0.1 M phosphate buffer solution (PBS, pH 7.4). At an applied potential of +0.40 V, the TiO₂/MWCNTs electrode exhibits a linear dependence (R=0.998) in the H₂O₂ concentration up to 15.0×10^?3 M with a sensitivity of 13.4 μA mM^?1 and detection limit of 4.0×10^?7 M with signal/noise=3. The optimal response time is less than 5 s with addition of 1 mM H₂O₂. The TiO₂/MWCNTs electrode presents stable, high sensitivity and also exhibits fast amperometric response to the detection of H₂O₂, which is promising for the development of H₂O₂ sensor.     

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。