氧化钛纳米管阵列的制备及形成机理研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 2纳米材料的发展'>1.2 TiO₂纳米材料的发展
• 2纳米管的发展概况'>1.3 TiO₂纳米管的发展概况
• 2纳米管的制备方法'>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
• 2纳米管的形态'>1.4.4 TiO₂纳米管的形态
• 2纳米管形成的几种机理'>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
• 2纳米管阵列'>第二章 阳极氧化法制备TiO₂纳米管阵列
• 2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纳米管的结构表征与讨论'>2.2 TiO₂纳米管的结构表征与讨论
• 2纳米管的煅烧成型及讨论'>2.3 TiO₂纳米管的煅烧成型及讨论
• 2.4 本章小结
• 2纳米管的形成机理的探讨'>第三章 TiO₂纳米管的形成机理的探讨
• 2纳米管的形成机理研究'>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
• 2纳米管的形成机理讨论'>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