Au负载N掺杂TiO2纳米管阵列的制备及其性能

Ti O2纳米管阵列较大的禁带宽度是导致其光催化效率较低的重要原因,采用磁控溅射、阳极氧化以及气氛退火相结合的方法对TNAs改性后制备了Au负载N掺杂Ti O2纳米管阵列(Au@N-TNAs),然后以甲基橙为目标污染物,进一步分析了Au@N-TNAs在不同Au负载量时光降解效率的变化情况。采用SEM、XRD、TEM和X射线光电子能谱(XPS)等对Au和N在Au@N-TNAs中的存在形式进行表征和分析,发现Au主要是负载在Ti O2纳米管阵列上,而N元素则是以掺杂的方式进入Ti O2纳米管阵列的晶格中。此外,在光降解试验中发现通过Au负载与N掺杂相结合的方法对Ti O2纳米管阵列进行复合改性后,TiO2纳米管阵列的光催化效率得到显著提升,其中20s-Au@N-TNAs具有最佳的光降解效率。但Ti-N薄膜中间的Au层太厚时会影响阳极氧化过程中Ti O2纳米管阵列的生长,而且过量的Au在退火处理时很难及时地扩散均匀,进而使得改性后的Ti O2纳米管阵列(40s-Au@N-TNAs)的光催化效率明显降低。

无定形碳包覆的TiO2纳米管阵列的制备及表征

通过将水热碳化法和阳极氧化法相结合制备了具有良好电化学性能的无定形碳包覆的混晶型TiO2纳米管阵列(C@TNTs)。利用扫描电镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)及电化学测试等表征方法对未修饰的TNTs试样和在550、650和750℃退火温度下得到的无定形碳修饰的C@TNTs分别进行了表征。结果表明:水热碳化法可以将厚度为3.4~6.8 nm无定形碳层均匀地包覆在TiO2纳米管阵列上,却不会影响其形貌和结构;其中C@TNTs-550、C@TNTs-650和C@TNTs-750在电流密度为0.1 mA·cm^-2时的放电比电容分别为2.83、6.52和1.48 mF·cm^-2,相较于未修饰前的TNTs分别提升了约27、64和14倍;此外,在TiO2纳米管阵列中引入一定量的金红石相有利于其电化学性能的提升。

择优取向对氢化TiO2纳米管阵列电化学性能的影响

氢化TiO2纳米管阵列具有良好的电化学性能,通过构筑TiO2<001>取向结构可进一步提高氢化TiO2纳米管阵列的电化学性能。本研究以Ti为基底,通过调节阳极氧化法醇-水配比及高温退火工艺的方法制备了具有不同取向程度的锐钛矿型TiO2纳米管阵列,并对具有不同取向度的TiO2纳米管阵列进行相同工艺参数电化学氢化处理,利用SEM、XPS、XRD、TEM及电化学测试等表征手段研究了制备工艺对取向结构的影响以及取向结构对氢化TiO2纳米管阵列电化学性能的影响规律和作用机理。具有高度<001>择优取向结构的氢化TiO2纳米管阵列放电比容量达到了17.31 mF·cm-2,其优异的电化学性能主要归功于氢化与取向结构的协同效应。