氧化钛纳米管阵列的制备及形成机理研究

摘要

TiO2纳米管的特殊结构,使它具有更大的比表面积和更强的吸附能力,从而表现出更高的光催化性能和光电转化效率。并已经应用于光催化剂、太阳能电池、气敏传感材料、催化剂载体和超级电容器等领域,显示出了巨大的应用潜力。
　　 本文选择用阳极氧化法,在电解溶液中利用纯钛表面生成管径约50～70nm、管长约500～600nm的结构规整有序的高密度氧化钛纳米管阵列。通过工作电压、电解质溶液的性质、缓冲液对TiO2纳米管阵列的形貌的影响测试和纳米管阵列的SEM形貌、I-t曲线、色彩与时间变化分析,对阳极氧化法制备TiO2纳米管的形成机理进行研究。研究认为,TiO2纳米管阵列的形成主要经历了致密膜的生成、微孔出现、纳米管融合和管长稳定生长等4个阶段:起初,钛表面迅速形成致密的氧化膜,氧化膜的生成与溶解同时进行,前期生成速率快于溶解速率,电极/溶液界面的双电层结构(紧密层/分散层),使氧化膜表面生成小孔,相邻的小孔集成越来越大的孔洞,继而形成小管,小管进一步融入更大的管,孔径达到最大后,纳米管管长还会继续增加,进入稳定生长阶段。最终形成结构规整有序的高密度纳米管阵列。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 TiO2纳米材料的发展

1.3 TiO2纳米管的发展概况

1.4 常用TiO2纳米管的制备方法

1.4.1 模板合成法

1.4.2 水热法

1.4.3 阳极氧化法

1.4.4 TiO2纳米管的形态

1.5 TiO2纳米管形成的几种机理

1.5.1 卷曲成型原理

1.5.2 3-2-1D的生长模型

1.5.3 氧化,溶解模式

1.6.本课题的研究内容及意义

1.6.1 研究内容

1.6.2 研究意义

第二章 阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列

2.1 实验部分:制备TiO2纳米管阵列

2.1.1 仪器与试剂

2.1.2 钛片预处理

2.1.3 阳极氧化

2.1.4 样品表征

2.2 TiO2纳米管的结构表征与讨论

2.3 TiO2纳米管的煅烧成型及讨论

2.4 本章小结

第三章 TiO2纳米管的形成机理的探讨

3.1 TiO2纳米管的形成机理研究

3.1.1 不同制备电压下的形貌对比

3.1.2 不同电解质溶液下的形貌对比

3.1.3 聚乙二醇的作用对比

3.1.4 阳极氧化反应阶段的电流与时间曲线

3.1.5 钛片在阳极氧化阶段不同时间的色彩的变化

3.2 TiO2纳米管的形成机理讨论

3.3 本章小结

第四章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间所发表的论文