低维TiO2有序阵列的模板法构筑、表征及光催化性能研究

论文摘要

系统地研究了二次阳极氧化过程中氧化电压、氧化时间、电解液温度、电化学抛光、对铝箔的热处理和阴极材料对多孔膜有序性的影响;以及氧化电压、氧化时间、电解液温度、扩孔时间对多孔膜孔几何尺寸的影响。通过对草酸/无水乙醇电解液中阳极氧化过程的研究,发现无水乙醇的加入并没有改变多孔膜的形成过程,其主要作用是降低化学腐蚀和电化学腐蚀速率,使室温下通过控制氧化电压来实现对模板孔径的调节成为可能。通过在草酸电解液中加入无水乙醇及降低反应温度,采用场发射电镜观察了多孔氧化铝的形成过程,发现该过程中不仅包括阻挡层的形成、微孔（微裂纹）萌生、孔的稳定生长三个过程,还包括不同孔通过竞争与协同机制相互吞并长大的中间过程,为研究和制备多孔氧化铝模板提供了新的实验支持。采用二次阳极氧化法在草酸/无水乙醇电解液中制备了孔径可调,大小在10nm200nm之间的多孔氧化铝模板。借助于耗散结构理论对阳极氧化过程中多孔氧化铝的形成过程,提出了新的自组织生长机理。研究了Sol-Gel模板法制备氧化钛纳米阵列的过程,发现在一定的负压条件下,可以使溶胶顺利进入模板的孔中,解决了采用高浓度溶胶、小孔径模板难以通过Sol-Gel模板法合成纳米阵列的难题,并成功地合成了高质量、小直径的氧化钛纳米线和纳米管阵列。以氧化铝纳米凹坑阵列膜为模板,通过Sol-Gel模板法首次合成了TiO2纳米点阵列周期性调制膜,该膜的表面形貌和结构经过了人工调制,并且表面结构为同质外延的TiO2纳米点阵列。采用Sol-电泳模板法在氧化铝多孔模板的孔中合成了两种形状的氧化钛纳米线阵列,其中糖葫芦状氧化钛纳米线阵列的合成属于首次报道。系统地研究了电泳沉积的工艺条件,探索了氧化钛纳米线的形成机理,表明Sol-电泳沉积过程中,TiO2胶粒的聚沉是胶体浓度、胶粒尺寸、及直流偏压等诸多因素协同作用的结果,控制胶粒聚沉的周期及聚沉时间τ的可以得到不同形状的纳米线。光催化降解实验表明,氧化钛纳米阵列与通常情况下负载于玻璃上的氧化钛薄膜相比,氧化钛纳米阵列具有无可比拟的光催化活性。其中糖葫芦状氧化钛纳米阵列对甲基橙的降解率,在45min和1h时分别比TiO2/glass薄膜提高了142%和83%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 低维材料
• 2半导体纳米颗粒研究概况'>1.2 TiO₂半导体纳米颗粒研究概况
• 2半导体纳米材料'>1.3 准一维TiO₂半导体纳米材料
• 2纳米阵列体系'>1.4 一维TiO₂纳米阵列体系
• 1.5 课题的提出和研究的主要内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 主要实验试剂及仪器
• 2.2 实验流程
• 2.3 实验过程及方法
• 第三章 多孔氧化铝模板的制备、表征及形成机理
• 3.1 引言
• 3.2 影响氧化铝多孔膜有序性的因素
• 3.3 影响氧化铝多孔膜孔的几何尺寸的因素
• 3.4 高度有序、尺寸可控的氧化铝模板的制备及表征
• 3.5 草酸电解液中加入无水乙醇对氧化铝模板的影响
• 3.6 氧化铝多孔膜的自组织形成过程
• 3.7 本章小结
• 第四章 氧化钛纳米阵列体系的Sol-Gel模板法合成与表征
• 4.1 引言
• 4.2 一维氧化钛纳米阵列体系的 Sol-Gel 法制备与表征
• 4.3 氧化钛纳米点阵列周期性调制膜的Sol-Gel 模板法制备及表征
• 4.4 本章小结
• 第五章 氧化钛纳米阵列体系的 Sol-电泳模板法合成与表征
• 5.1 引言
• 5.2 Sol-电泳工艺条件的探索
• 5.3 氧化钛纳米线阵列的 Sol-电泳模板合成与表征
• 5.4 糖葫芦状氧化钛纳米线阵列的形成机理
• 5.5 本章小结
• 第六章 氧化钛阵列体系的光催化性能、影响因素及其机理研究
• 6.1 引言
• 2薄膜的光催化活性的影响及其机理'>6.2 基底表面组成对TiO₂薄膜的光催化活性的影响及其机理
• 2薄膜的光催化活性的影响'>6.3 制备方法对TiO₂薄膜的光催化活性的影响
• 2纳米阵列的光催化活性比较'>6.4 Sol-Gel法制备的TiO₂纳米阵列的光催化活性比较
• 2纳米阵列的光催化活性'>6.5 Sol-电泳法制备的TiO₂纳米阵列的光催化活性
• 6.6 T i O 2 纳米线阵列光催化的人工调制
• 2纳米线阵列的光催化活性比较及其机理'>6.7 不同形态TiO₂纳米线阵列的光催化活性比较及其机理
• 6.8 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 主要结果与结论
• 7.2 今后工作展望
• 参考文献
• 创新点
• 攻读博士期间发表的主要研究论文及参加科研情况说明
• 致谢