不同阳极氧化条件下TiO_2纳米管阵列的制备及表征

分别在三种不同的电解液中,以钛为基体采用阳极氧化的方法制备了TiO2纳米管阵列薄膜,用SEM观察纳米管阵列薄膜的形貌、测量纳米管管径大小;用XRD、拉曼光谱检测TiO2纳米管阵列薄膜热处理前后的晶型.结果表明:不同的电解液体系和氧化电压下得到的纳米管形貌各不相同.在0.24wt%HF水溶液中得到的TiO2纳米管排列整齐,管径为110nm;在0.5wt%NaF+2.7wt%Na2SO4水溶液和0.88wt%NH4F的丙三醇-水(体积比1:1)混合溶液中得到的纳米管排列不规整,管径为100nm;在0.24wt%HF条件下生成的TiO2纳米管管径与氧化电压成线性关系:d=k×U+b,其中,系数k=5.2nm/V,b=2.2nm,0≤U≤25V.经450℃热处理2h后TiO2纳米管结构由无定形态转变为锐钛矿.

TiO_2纳米管阵列的制备、热处理及光催化性能

采用恒压直流阳极氧化法制备具有规则排列的TiO2纳米管阵列,并研究其在空气热处理过程中的晶型转变,同时用甲基橙的降解过程表征其光催化性能。结果表明:电解液采用0.5%(质量分数)HF水溶液时,电压在10～20V之间,时间5min以上才能形成TiO2纳米管阵列;随着氧化电压的提高,纳米管的平均管径和管长都增大;随着氧化时间的延长,纳米管管长明显增长,平均管径变化不大;纳米管阵列在空气中热处理时,280℃左右出现锐钛矿相,400℃左右出现金红石相,680℃左右锐钛矿相向金红石相的转变结束,600℃纳米管阵列结构仍然保持完整。光催化实验表明,在氧化电压为20V、氧化时间为20min时获得的纳米管阵列经过400℃热处理后,在40min的光照时对甲基橙的光催化降解率高达99.6%。

Fe、N共掺杂TiO_2纳米管阵列的制备及可见光光催化活性

应用电化学阳极氧化法结合浸渍和退火后处理制备了Fe和N共掺杂的TiO2纳米管阵列光催化剂,并用场发射扫描电镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和俄歇电子能谱(AES)仪对其进行了表征.结果表明,Fe、N共掺杂对TiO2纳米管阵列的形貌和结构没有明显影响,Fe和N均掺入了TiO2晶格.紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱显示Fe和N共掺杂TiO2纳米管阵列的吸收带边较纯TiO2纳米管阵列和单一掺杂TiO2纳米管阵列红移,可见光吸收增强.以可见光催化降解罗丹明B(RhB)考察了材料的光催化活性,Fe和N共掺杂TiO2纳米管阵列对RhB的降解速率较纯TiO2纳米管阵列和单一掺杂TiO2纳米管阵列明显提高,证明了Fe、N共掺杂产生的协同效应提高了TiO2纳米管阵列在可见光照射下的光催化活性.

种子层对TiO_2纳米棒阵列取向生长及界面态的影响

采用水热法制备了金红石相的单晶TiO2纳米棒阵列,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)以及表面光电压谱仪(SPS)研究了其形貌、结构以及光电性质.通过在不同生长基底上的对比实验发现,F掺杂SnO2导电玻璃基底和种子层对纳米棒阵列的生长起决定作用,TiO2种子层与SnO2∶F基底晶格匹配,有利于晶体外延生长,使TiO2纳米棒阵列的取向性更强.场调制表面光电压测量结果表明,金红石相的TiO2与基底界面处的能带向上弯曲,在FTO/TiO2界面存在大量界面态,这些界面态可能成为光生载流子的复合中心.实验结果表明,引入种子层不仅有利于TiO2纳米棒的取向生长,而且可极大地减少界面态,从而提高电荷的收集效率.

有机电解液中钛基材表面TiO_2纳米管阵列生长机制的研究

采用恒压阳极氧化法在有机电解液(NH4F/甘油、NH4F/乙二醇)中制备TiO2纳米管阵列,研究了阳极氧化电压、时间、电解液成分对纳米管阵列形貌、生长过程的影响,并提出了有机电解液中TiO2纳米管阵列的生长机制。研究表明:有机电解液中,获得纳米管阵列的电压范围更为宽泛,纳米管的生长时间也更长;在不同含水量的有机电解液中,可以制备出形貌不同的纳米管阵列;有机溶剂的高粘度、低含氧量提高了纳米管生长速度的同时控制着纳米管的腐蚀速度,因此在有机电解液中可以制备更大长径比的TiO2纳米管阵列;乙二醇电解液中纳米管的生长速度大于甘油电解液,并可制备出64μm的TiO2纳米管阵列。

TiO_2纳米孔阵列光催化废水燃料电池的性能研究

以模拟有机废水和实际有机废水为研究对象,以TiO2纳米孔阵列电极作光阳极,金属铂黑做阴极,设计了一种光催化废水燃料电池(PFC),用于有机废水处理和废水有机物化学能的综合利用.论文考查了不同实验条件下组成的电池体系的性能,表明基于TiO2纳米孔阵列光阳极的光催化废水燃料电池既能处理废水又能够表现出良好的电池性能,如以0.05mol/L乙酸为底物的光催化废水燃料电池,其开路电压1.16V,短路电流1.28mA/cm2,最大输出功率密度0.28mW/cm2.

高度有序TiO_2纳米管阵列的制备及其光催化性能研究

室温下在NH4F、乙二醇的混合溶液中采用阳极氧化法在纯Ti片表面得到一层结构高度有序、分布均匀、垂直取向TiO2纳米管阵列,通过调整阳极氧化工艺条件可实现对其结构参数(如管径、管壁厚度、管长等)的有效控制;对TiO2纳米管阵列进行扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)检测;测试了TiO2纳米管降解甲基橙的光催化性能。结果表明:在优化条件下制备得到了高密度排列的TiO2纳米管阵列;在500 W高压汞灯照射40 min后,初始摩尔浓度为20 mg·L-1的甲基橙在pH=2.0时,降解率达到99.4%,溶液中加入H2O2可以提高TiO2纳米管光降解催化活性。

铁掺杂TiO_2纳米管阵列的制备及可见光光催化性能

以硝酸铁为铁源,采用阳极氧化法一步合成Fe3+掺杂的TiO2纳米管阵列.用扫描电镜(SEM)、X-射线能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)和紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-VIS)等测试方法对催化剂进行表征,并通过可见光光催化降解甲基橙溶液,测定其光催化活性.结果表明:高度致密,规整有序的纳米管阵列垂直生长在钛基底表面,管长约2μm,管径50nm左右;Fe3+的掺杂使锐钛矿相特征峰(101)晶面向2θ的小角度发生偏移,抑制锐钛矿相向金红石相的转变,紫外-可见漫反射吸收峰红移,吸收强度减弱;Fe3+的掺杂能有效提高TiO2纳米管阵列的光催化活性.

CdS修饰TiO_2纳米管阵列的制备及光催化性能研究

首先通过恒压阳极氧化法在纯钛箔表面制备TiO2纳米管阵列,其次运用电化学沉积法在TiO2纳米管阵列表面修饰CdS颗粒,最后表征其对甲基橙的光催化降解性能。研究表明,通过电化学沉积可以在管阵列表面获得均匀分布的CdS纳米颗粒。TiO2纳米管阵列在经过CdS修饰后,对可见光的吸收范围明显增大;光照2h后,对甲基橙的降解效率由修饰前的57.1%提高到修饰后的76.4%,COD的去除率也从49%提高到70.6%。

阳极氧化制备TiO_2纳米管阵列电极反应及阻抗研究

为使TiO2纳米管阵列电极更好地应用于太阳能电池中,采取恒压阳极氧化法在质量分数0.5%NH4F/甘油电解液中在钛基体上制备出TiO2纳米管阵列。采用XRD、SEM、电子順磁波普仪(EPR)、交流阻抗法(EIS)和循环伏安法(CV)研究TiO2纳米管阵列电极的电子传输性能及界面性质,确定各电极反应过程对应的阻抗曲线,计算得出电极的电子传输动力学参数。研究表明,TiO2纳米管阵列电极表面发生三价钛化合物转化成四价钛氧化物的氧化反应,电极电阻明显降低,加速了电极-电解液界面电子扩散速度,有利于TiO2电极表面自由羟基的产生。

硅掺杂TiO2纳米管阵列的制备及光电催化活性的研究

通过电化学沉积,在阳极氧化法制备的高度有序TiO2纳米管阵列表面均匀地沉积Si元素。扫描电子显微照片显示Si掺杂的TiO2纳米管垂直于基底定向生长。X射线衍射分析表明,所引入的Si可能掺入到TiO2的晶格中,因而提高了TiO2的热稳定性,抑制了金红石相的生成及晶粒的长大。紫外-可见漫反射分析表明Si掺杂的TiO2纳米管吸收边带发生了明显的蓝移,并且在紫外区的吸收强度明显增强。与未掺杂的TiO2纳米管相比,Si掺杂TiO2纳米管电极的紫外光电化学响应显著提高,其光电流密度是未掺杂的1.48倍。硅掺杂TiO2纳米管阵列光电催化降解五氯酚的动力学常数(1.651h-1)是未掺杂TiO2纳米管电极(0.823h-1)的2.0倍。

钛基TiO_2纳米管阵列电极的光电催化性能

应用电化学阳极氧化法在纯Ti基底上制备高度有序的TiO2纳米管阵列,考察了Ti/TiO2光阳极的光电化学响应。以苯酚溶液为目标污染物,研究Ti/TiO2电极的光电催化性能,并与光催化性能进行比较。结果表明,该电极光电催化性能优于光催化性能,施加0.6V电压时,光电催化性能最好。电化学阻抗谱分析显示,光电催化和光催化降解过程的速控步骤均为表面反应步骤,外加偏压减小了界面电荷转移阻抗,提高了光生载流子的分离效率。

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。

F掺杂TiO_2纳米管阵列的可见光催化活性和电子结构

采用电化学阳极氧化法,在纯Ti表面一步制得原位生长的F掺杂TiO2纳米管阵列.对煅烧后样品进行扫描电镜(SEM)、X射线多晶衍射(XRD)表征.结果表明,所得TiO2纳米管排列整齐、平均管径约40 nm,平均管长约700 nm.XPS蚀刻分析发现,少量F原子以F-Ti-O键的形式掺杂进了TiO2晶格,同时产生活性物质Ti3+.可见光照射下,在0.25 V(vs SCE.)外加阳极偏压下,673 K煅烧后F-TiO2具有最高瞬态光电流密度(Iph)8.2μA/cm2,这与光电极表面的Ti3+有关.进一步的电子结构分析也表明,F掺杂未明显改变TiO2带宽.

TiO_2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。

阵列状金红石型TiO2的制备及晶体生长机理

采用催化氧化的方法以特殊的陶瓷粉体在α-Ti表面制备具有生物活性的阵列状二氧化钛薄膜。借助X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）等手段对材料的相组成和微观形貌进行表征,探究四硼酸钠对薄膜制备工艺的影响以及阵列二氧化钛的晶体生长机理。结果表明：经四硼酸钠催化氧化后,纯钛表层的二氧化钛呈阵列状生长;该二氧化钛为沿（110）晶面生长的金红石相,同（002）晶面α-Ti均为拓扑生长结构;根据晶格匹配原理,（110）晶面金红石在（002）晶面ɑ-Ti上选择性生长;经此方法制备的二氧化钛薄膜粗糙度和表面积均有所增大,钛合金的生物相容性得到改善。

TiO_2纳米管阵列膜的制备及结构研究

描述了在含不同浓度NH4F的2%H2O(体积分数,下同)和乙二醇溶液中,在氧化钛片上获得管尺寸分布一致的TiO2纳米管阵列膜。在不同电压、不同NH4F浓度电解液的条件下,进行膜的管尺寸及厚度研究,利用SEM评价膜的形貌。结果显示,片状膜为平行纳米管阵列组成的膜,纳米管尺寸范围宽、尺寸分布一致。管尺寸在15～128nm,膜厚可达360μm。应用的电压越高管尺寸越大,电解液中NH4F浓度增加导致管尺寸稍微减小。还观测到,NH4F浓度的增加,导致片状膜的厚度显著增加。采用无水乙醇多次清洗膜,并迅速用脱脂棉吸附膜上的溶液,在鼓风干燥箱中100℃,热处理1h,可有效解决膜卷曲的问题。

TiO_2纳米管阵列薄膜光电协同降解亚甲基蓝的研究

使用阳极氧化法制备了TiO2/Ti纳米管阵列薄膜材料.TiO2纳米管管孔分布均匀,管径约为80～90nm,平均管长约为1.8μm.在400℃下煅烧2h后,TiO2纳米管阵列为锐钛矿型,并且结构保持良好,没有出现变形、剥落的现象.以TiO2/Ti纳米管阵列薄膜材料为光催化剂,同时施加0～+3.0V范围内变化的电场,考察了外加电压对降解亚甲基蓝光电协同效率的影响.结果表明在外加+1.4V电压的条件下,光电协同效率达到124%.TiO2纳米管阵列与基底Ti板结合牢固,多次重复使用后没有发现降解率的明显变化.

单晶TiO_2纳米线束阵列的合成及光电转换性能研究

采用水热合成技术,以盐酸、去离子水和钛酸丁酯为反应前驱物,在透明导电玻璃(FTO)衬底上合成TiO2纳米线束阵列.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和高分辨透射电镜(TEM)对其结构和形貌进行了分析.结果表明:在FTO衬底上形成了垂直排列的具有金红石结构的单晶TiO2纳米线束阵列,TiO2纳米线束由φ4～6nm的几十条纳米线聚集在一起,形成宽度约110～210nm、长度约3μm的四方柱状结构.研究了以TiO2纳米线束阵列为光阳极制备的染料敏化太阳能电池的光电性能,其开路电压为0.72V,短路电流密度为2.9mA/cm2,填充因子为0.42,转换效率为0.88%.

热处理温度对TiO_2纳米管阵列薄膜光生阴极保护性能的影响

在0.5mol/L NH4HF2与1.0mol/L NH4H2PO4的混合溶液中,利用阳极氧化的方法在钛基体上原位合成自组装有序的TiO2纳米管阵列薄膜材料,研究不同热处理温度对薄膜晶型及光生阴极保护能力的影响。结果表明:在外加电压为20V时,对钛基体氧化8h可得到长度为2μm、内径为80nm、外径为100nm的TiO2纳米管阵列;经600℃热处理后,TiO2纳米管阵列具有稳定的管状结构,薄膜电极电位可负移至?0.389V(vsSCE),表现出较佳的光生阴极保护能力。