超声辅助阳极氧化制备TiO2纳米管光阳极

摘要

TiO2纳米管阵列具有大的比表面积、强的吸附能力和高的电子传输通道，并且制备简单，是制作染料敏化太阳能电池(DSSC)光阳极的理想材料之一。作为吸附染料的光阳极，大的长径比及纯的纳米管管状结构更有利于染料的吸附，从而有助于提高DSSC的光电转换效率。因此，如何获得长的纳米管及纯的纳米管表面结构是本文研究的主要目的。
　　本研究用阳极氧化法分别采用磁力搅拌和超声搅拌0.25％ NH4F+2.5%蒸馏水+乙二醇电解液、在温度20~60℃、0.5~8 h条件下制备 TiO2纳米管阵列，也对制备的TiO2纳米管进行了450℃+3 h的热处理。并用场发射扫描电子显微镜(FESEM)对 TiO2纳米管的表面形貌进行观察；用 X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)对热处理前后的试样表面的阳极氧化产物进行物相分析；利用光致发光(PL)实验对所制得的 TiO2纳米管缺陷进行分析；利用电化学工作站测量TiO2纳米管膜的电化学阻抗谱(EIS)。
　　通过实验，得到如下结论：40℃超声搅拌制备的 TiO2纳米管长度较长且表面为纯的管状结构，适合作染料敏化太阳能电池的光阳极；60℃超声搅拌制备的 TiO2纳米管表面有非管状结构覆盖层，而同样温度下使用磁力搅拌的试样被严重腐蚀；室温条件下制备出的 TiO2纳米管管长随时间的增长出现先增大后减小的现象，这与阳极氧化过程中的化学溶解有关；经过450℃+3 h的热处理后，TiO2纳米管由非晶态转变为锐态矿晶型；由光致发光实验分析得出制备的TiO2纳米管缺陷较少；通过电化学阻抗谱的分析，提出了 R(CR(R(QR)(CR)))等效电路，解释了表面有覆盖层的 TiO2纳米管的电化学行为，其中电荷转移电阻是电化学过程的控制步骤。

目录

第1章绪论

1.1研究背景

1.2 TiO2纳米管的应用

1.3制备TiO2纳米管的方法

1.4 TiO2纳米管的形成机理

1.5论文的立题思想和内容

第2章实验材料及过程

2.1实验材料及设备

2.2实验过程

第3章阳极氧化法制备TiO2纳米管结果与分析

3.1实验结果

3.2实验结果分析

第4章TiO2纳米管的物相分析

4.1实验结果

4.2讨论

第5章电化学阻抗谱

5.1电化学阻抗谱(EIS)测量

5.2电化学阻抗谱(EIS)分析

第6章结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果