钴离子(Co(2＋))掺杂TiO2纳米管阵列的光生阴极保护行为

应用电化学阳极氧化法在纯钛箔表面构筑TiO2纳米管阵列膜,借助离子交换法对纳米管阵列膜作钴离子(Co2+)掺杂.扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)观察膜层的形貌和晶型,紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、光电化学分别测试Co2+掺杂TiO2纳米管阵列在不同波长范围内的光电响应特性和光生阴极保护行为,考察Co2+掺杂量对TiO2纳米管阵列几何尺寸、形貌和光电性能的影响.结果表明,掺杂适量Co2+形成的杂化能级可有效窄化TiO2带隙宽度,并使光响应扩展至可见光区.Co2+掺杂TiO2纳米管阵列膜在400～650 nm波长范围有较强的光吸收,对403不锈钢光生阴极保护作用明显.

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。

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。

分子印迹TiO2纳米管阵列的制备与选择性光电催化降解邻苯二甲酸二乙酯

以邻苯二甲酸二乙酯(DEP)为模板分子,在TiO2纳米管阵列(TNA)上沉积了能识别DEP分子的TiO2纳米颗粒,制备了DEP分子印迹型TNA(DM-TNA)。X射线衍射(XRD)测试表明,DM-TNA的晶体结构是锐钛矿。扫描电镜(SEM)测试显示颗粒大小约为20 nm的TiO2纳米颗粒均匀地涂覆在TNA的管壁上。光电催化降解DEP和2,4-二氯苯酚(DCP)的结果表明,DM-TNA降解DEP的活性高于非分子印迹TNA(NM-TNA),而DM-TNA降解DCP的活性低于NM-TNA。DM-TNA降解DEP的速率常数是NM-TNA的2.76倍。

双通TiO2纳米管阵列膜制备及应用研究

双通TiO_2纳米管阵列膜的成功制备可有效提高TiO_2纳米管阵列膜的光催化活性,同时还可扩展其在太阳能电池、气体敏感器等方面的应用,具有很强的实际意义。在大量文献调研的基础上,综述了双通TiO_2纳米管阵列膜的阳极氧化制备方法及其在催化与制氢、氢敏特性、分子过滤等方面的应用进展,并侧重讨论了双通TiO_2纳米管阵列膜的分离机制。最后,对双通TiO_2纳米管阵列膜的后续发展方向和应用前景进行了展望。

N掺杂TiO2纳米管阵列光电催化性能研究

采用阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列，然后在1mol／L氨水中浸泡24h，氨气氛围下450℃煅烧合成N掺杂的TiO2纳米管阵列。通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）等表征方法对样品表面形貌、晶型和N元素掺杂方式进行分析。在模拟太阳光条件下，以该材料为电极，光电催化降解六氯苯（HCB）农药废水。结果表明：阳极偏压为1V、电解质为0．2mol/L Na2SO4、pH为5．0时，降解效果最好，达到95％。

电解液对阳极氧化TiO2纳米管阵列生长的影响及其热处理条件的研究

采用不同有机溶液作为阳极氧化电解质溶剂制备了TiO2纳米管阵列，系统考察了不同电解液体系（HF、丙三醇、乙二醇）和电解液水分含量对TiO2纳米管阵列生长的影响，并初步探究了其热处理工艺。结果表明，电解液的选取对所制备纳米管的结构参数有重大影响，且在乙二醇体系中制备纳米管的参数、形貌优于HF体系电解液和丙三醇电解液；而电解液中水分含量的增加会使管长和管径同趋势变大。热处理实验结果表明，经500℃热处理后无定型的TiO2转变为锐钛矿型，而热处理温度高于600℃时为锐钛矿和金红石混合相。

LaCoO3-TiO2纳米管阵列的构筑及可见光光催化性能

TiO2纳米管阵列具有较高的光催化活性,但可见光吸收弱,限制了其太阳能利用和环境应用。窄带隙的钙钛矿(ABO3)型氧化物能够吸收大范围波段的可见光,且稳定性高,但光催化活性低。本文首先采用溶胶-凝胶法合成了LaCoO3纳米颗粒,然后利用电泳沉积技术将LaCoO3纳米颗粒修饰于TiO2纳米管阵列表面,构筑了LaCoO3-TiO2纳米管阵列。扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)的表征结果显示溶胶-凝胶法合成的纳米颗粒为LaCoO3,其尺寸均匀,结晶度高,平均粒径约为100nm。LaCoO3纳米颗粒与TiO2纳米管阵列之间的结合力好。紫外可见吸收光谱(DRS)显示,随着电泳沉积时间的延长,LaCoO3-TiO2纳米管阵列的吸收带边逐渐红移700nm。可见光下光催化降解甲基橙(MO)的结果表明,电泳沉积15 min制得的LaCoO3-TiO2纳米管阵列对MO的光催化效率最高,其降解速率是相同条件下TiO2纳米管阵列的4倍。光致发光光谱和电化学阻抗谱证实LaCoO3纳米颗粒的负载有效地促进了光生电荷的分离和传输,可见光光催化活性明显增强。

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(Ti O2)纳米管阵列.修饰于Ti O2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Ti O2纳米管内.紫外可见吸收光谱显示,LaNiO3/Ti O2纳米管阵列的吸收带边较Ti O2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/Ti O2纳米管阵列的光催化活性最佳,其对RhB光催化降解速率是Ti O2纳米管阵列的3.5倍,并且表现出极好的光催化稳定性.

TiO2纳米管阵列光生阴极保护性能研究进展

TiO2纳米管阵列因具有比表面积大、电子传输能力强、化学稳定性好等特点,以及拥有优势明显的光生阴极保护作用,可以为金属基体提供有效的腐蚀防护,近年来成为了研究的热点之一。为了探索TiO2纳米管阵列在金属防腐蚀方面的应用,就其对不锈钢和碳钢的保护作用以及改性方式对TiO2纳米管阵列的光生阴极保护的延时效果进行了总结,并比较分析了TiO2纳米管阵列对两类钢保护效果的差异,指出了纳米管阵列对碳钢的保护效果不及对不锈钢的保护,其不佳的主要原因是阵列与碳钢基体间的结合强度较低且受界面层结构和电子特性的影响。同时,由于TiO2属于宽禁带半导体材料,对可见光的利用率比较低且当TiO2受到光激发后产生的电子-空穴对的存在时间较短,需要利用不同改性方法来提高光生阴极保护效果,因此对其金属离子掺杂、非金属掺杂、半导体复合、贵金属沉积以及石墨烯复合五种主要改性的研究进展进行了着重阐述,对影响改性效果的主要因素以及相应的改性机理也进行了归纳与分析,并根据当前的研究现状,提出了有待进一步研究和探索的问题,以期为TiO2纳米管阵列获得优良的阴极保护作用提供思路。

RGO-TiO2纳米管阵列的制备及其光电性能

采用阳极氧化的方法,通过调节阴、阳两电极间距制备不同壁厚的TiO2纳米管阵列.采用脉冲电还原沉积的方法将RGO负载于TiO2纳米管阵列表面合成了RGO-TiO2纳米管阵列.相较于负载在薄壁TiO2纳米管阵列上的RGO,负载于厚壁TiO2纳米管阵列上的RGO得以充分还原,覆盖率大幅度提高,并显示出良好的光吸收性质和较低的电荷传输电阻,光电流大幅度增加.

CsPbI3复合TiO2纳米管阵列的制备及表征

为提高二氧化钛纳米管阵列(TiO2NTAs)的光电化学性能,对其进行半导体复合改性处理。采用阳极氧化法制备得到TiO2NTAs,热注入法制备得到全无机钙钛矿CsPbI3,浸渍法实现CsPbI3与TiO2NTAs的复合,制备得到不同浸渍次数的CsPbI3/TiO2NTAs。通过一系列光电性能测试表明,经CsPbI3复合改性处理后,TiO2NTAs的光电化学性能有明显的提高,且经4次浸渍得到的CsPbI3/TiO2NTAs光电性能最佳,其饱和光电流密度为0.92mA/cm2,约为TiO2NTAs的2.97倍,且对应的光转换率最高约为0.55%。除此之外,其瞬态光电流密度最大,约为0.69mA/cm2,并表现出最佳的光响应特性。

TiO2纳米管阵列粗糙度调控及其与蛋白相互作用

采用电化学阳极氧化法,通过改变电解液氟离子浓度(0.4%、0.3%、0.2%(质量))和电压(15、25、35、45 V),制备一系列不同管径和粗糙度的TiO2纳米管阵列(TiO2 nanotube arrays,TNAs)。通过扫描电子显微镜以及原子力显微镜(atomic force microscopy,AFM)表征,结果表明随着电解液中氟离子浓度的降低,制备得到的TNAs表面平整度更好,壁厚增大,粗糙度降低。采用AFM力学表征研究了表面粗糙度以及管径对TNAs表面力学性质以及与细胞色素C(Cytochrome C,Cyt C)相互作用的影响,结果表明,黏附力与接触面积呈正比,随着TNAs管径增加,壁厚减小,TNAs与Cyt C的有效接触面积先增大后减小,两者之间作用力也先增加后减小;同时,同管径条件下粗糙度降低,TNAs有效面积增加,相互作用力也增加;由此可见,通过改变电解液氟离子浓度可以有效调控TNAs表面粗糙度及有效接触面积,进一步利于促进与蛋白分子之间相互作用。

TiO2纳米管阵列/介孔羟基磷灰石复合型药物载体的构建及药物缓释研究

目的构建一种骨科钛板表面TiO2纳米管阵列/介孔羟基磷灰石(m-HA)复合型药物载体,考察阿仑膦酸钠(ALN)在其上的缓释性能。方法利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)分别表征TiO2纳米管阵列及TiO2纳米管阵列/m-HA复合型药物载体的形貌,并测定其上负载ALN的缓释。结果成功构建了稳定的TiO2纳米管阵列/m-HA复合型药物载体,相对于TiO2纳米管阵列具有更大的药物担载量。同时负载在TiO2纳米管阵列中的ALN在第3d时释放量即达(88.06±6.27)%,从第5d开始,药物释放基本完毕,8d后的总释放率为(94.91±8.51)%;负载在TiO2纳米管阵列/m-HA复合型药物载体中的ALN在第3d时的释放量仅为(66.51±5.37)%,且在后续的几天里保持持续缓慢释放药物,8d后总释放率达到(97.31±8.22)%。结论 TiO2纳米管阵列/m-HA复合型药物载体比单纯的TiO2纳米管阵列具有更大的药物担载量,同时缓释性能更好。

TiO2纳米管阵列电合成的扩散-反应耦合强化机制研究

研究针对TiO2纳米管材料批量电合成过程的结构有序性耗失问题,考察了TiO2纳米管阵列生长过程中的非线性动力学机制,及其随电解时间等的演变机制。结合扫描电镜(SEM)及电化学分析表明,TiO2纳米管阵列形成是低聚羟基钛中间体扩散-反应耦合过程中的自组织行为。研究建立了电合成体系的反应-扩散动力学方程组,并对其进行了线性稳定性分析,阐释了TiO2纳米管阵列有序结构形成,乃至出现周期性电化学振荡的参数阈值空间,在此基础上提出了TiO2纳米管阵列电合成过程的扩散-反应耦合强化机制。研究提出的非线性动力学机制广泛存在于各种金属的电溶过程中,并对产物结构及过程电耗有深刻影响。这也为新型纳米材料的批量电合成过程强化提供了理论依据。

TiO2纳米管阵列负载盐酸米诺环素前后抗牙周致病菌性能的研究

目的:探讨二氧化钛(TiO_2)纳米管阵列负载盐酸米诺环素(MN)前后对牙龈卟啉单胞菌(Pg)、福塞坦氏菌(Tf)和伴放线放线杆菌(Aa)早期黏附行为的影响。方法:阳极氧化法制备TiO_2纳米管阵列并负载MN。微生物实验分成3组:单纯抛光钛片(Ti)组、TiO_2纳米管钛片(TiO_2)组和负载MN(120μg)TiO_2纳米管钛片(MN TiO_2)组;通过抑菌圈实验评估各组钛片的抗菌性能。结果:Ti组基本没有抗菌作用;TiO_2组的抗Aa、Pg及Tf活性较差,4 h后的抗菌率仅20%左右;负载MN后其抗菌性能增强,4 h后的抗菌率高达77%以上。结论:Ti组没有抗菌作用,若在其表面形成TiO_2纳米管阵列且负载MN则可形成较强的抗牙周致病菌作用。

阳极氧化制备硅基TiO2纳米管阵列及形貌表征

TiO2纳米管因其具有独特的结构优势和优异的物理化学性质,受到了广泛的关注与研究。然而,TiO2纳米管阵列(NTA)的制备主要以钛片为基底,很难与硅的微加工工艺相兼容,制约了其在微型电子设备中的应用。为将TiO2纳米管阵列与硅衬底结合,首先以磁控溅射方法在硅基底上沉积一层金属钛薄膜,通过阳极氧化法制备硅基TiO2纳米管阵列。采用扫描电子显微镜(SEM)分别探究了阳极氧化过程中外加电压、电解液组成、阳极氧化时间对纳米管形貌的影响,并得到了优化的实验参数。实验发现:50 V恒压条件下,在含有质量分数0.5%氟化铵的乙二醇电解液中对金属钛薄膜进行阳极氧化,成功制备出直径约110 nm、高2.00μm的TiO2纳米管阵列。高比表面积的TiO2纳米管可根据需要负载不同的物质材料,应用于传感器、药物传输、超级电容器等领域,极大拓展了其在微电子器件方面的应用。

晶化温度对H-TiO2纳米管阵列微观结构及电化学储锂性能的影响

采用阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列薄膜（TNTAs）,在不同热处理温度下对其进行晶化处理,然后采用电化学氢化法对TNTAs实施氢化改性,获得导电性显著提高的H-TNTAs。利用场发射扫描电镜、X射线衍射、X射线光电子能谱、显微共焦激光拉曼光谱研究了晶化温度对TNTAs和H-TNTAs微观结构的影响,利用电池测试系统,探究晶化温度对TNTAs和H-TNTAs作为锂电负极的电化学性能影响。结果表明：当晶化温度从400℃升高至700℃时,非晶TiO2逐渐晶化为锐钛矿相,在600℃时发生锐钛矿向晶红石相转变,700℃时管状结构发生破坏;随着晶化温度的升高,TNTAs电极的比容量不断降低;氢化改性后HTNTAs的比容量和倍率特性均有提升,但是不同晶化温度的H-TNTAs比容量和倍率特性提升幅度不一,主要是由于氢化时引入的Ti^3＋在不同晶体结构TiO2中浓度和稳定性不同,其中晶化温度为500℃时,单一锐钛矿相、结晶良好的H-TNTAs-500的电化学性能最优,比容量和倍率特性提升最为显著。

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.

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.