纯钛表面二氧化钛纳米管阵列结构特征的研究

采用阳极氧化技术在纯Ti表面制备出有序的TiO2纳米管阵列,并通过SEM,XRD,XPS对TiO2纳米管阵列进行表征。结果表明,阳极氧化时间对纳米管的形成有较大的影响。在外加电压为20V,阳极氧化时间为20min时,可制备出长度约480nm、内径约89.90nm、壁厚约7.4nm的TiO2纳米管阵列。经450℃热处理后,可得到锐钛矿型的TiO2纳米管阵列,钛元素以Ti4+氧化态处于八面体的环境中,Ti2p3/2的结合能为459.3eV。     

二氧化钛纳米管阵列电极的光电化学性能研究

采用阳极氧化法在钛片上制备了垂直排列的TiO2纳米管阵列，利用SEMXRD对纳米管阵列的形貌和结构进行了表征，并通过电化学交流阻抗谱、光照开路电位谱和瞬态光电流谱技术对纳米管阵列电极的光电化学特性进行了研究。实验结果表明，TiO2纳米管的内径约为90nm，管壁约为10nm，纳米管阵列厚度约为500nm，经600℃退火处理后，转变为锐钛矿型与金红石型的混晶结构。光电测试结果表明，随着退火温度升高，TiO2纳米管阵列电极的界面电荷转移电阻减小，光电流逐渐增大，光照开路电压增大，至600℃达到最大，当退火温度继续升高，电极的光电性能急剧下降。与TiO2纳米多孔膜电极相比，光电性能显著提高，这主要归因于TiO2纳米管阵列更大的孔隙率和比表面积。     

二氧化钛纳米管的制备方法

专利申请号：200310111252．3 公开号：CN1528673 申请日：2003-10-20 公开日：2004-09-15 申请人：武汉大学 一种二氧化钛纳米管的制备方法，其特征在于以低于40℃条件下用钛盐加无机碱制得的正钛酸为原料，经去离子水洗涤后，加入硝酸溶解并控制温度和浓度，     

二氧化钛纳米管阵列光阳极的几何参数对染料敏化太阳能电池性能的影响

高度有序的TiO2纳米管阵列因其能够减少纳米管间的连接,增强矢量电子传递,抑制电子复合过程和增强光的散射,被认为是制作染料敏化太阳能电池光阳极的优秀材料。影响电池性能的因素主要包括:纳米管厚度,纳米管长度,纳米管孔径,纳米管内空间。集中讨论二氧化钛纳米管阵列光阳极的几何参数对染料敏化太阳能电池的影响,目的是找出纳米管光阳极理论上最佳的几何尺寸。     

二氧化钛纳米管的制备和应用

二氧化钛纳米管属于一维纳米材料,既具有纳米材料普遍具有的量子尺寸效应,还具有独特的机械性、热稳定性和光学性质,因此其具有特殊的研究意义。采用简单易操作的阳极氧化法可在钛基底上制备出结构致密、形貌可控、与钛基底结合紧密的纳米管阵列。相比二氧化钛的纳米颗粒和纳米薄膜等材料,高度有序且表面积大的TiO₂纳米管可以为电子和离子提供更快速的运输通道。基于阳极氧化法和磁控溅射及电化学沉积法,探究了TiO₂纳米管在锂电池、电催化、光催化以及钛合金紧固件等领域的相关应用。     

Au负载N掺杂TiO2纳米管阵列的制备及其性能

TiO₂ 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 TiO₂ 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 TiO₂ 纳米管阵列上,而 N 元素则是以掺杂的方式进入 TiO₂ 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 TiO₂ 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 TiO₂ 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 TiO₂ 纳米管阵列(40s-Au@ N-TNAs)的光催化效率明显降低。     

二氧化钛纳米管太阳能电池

美国宾夕法尼亚州立大学的研究人员开发成功了一种高效率的太阳能电池，他们利用二氧化钛纳米管与天然染料作为原材料，最初试图将3％左右的太阳能转化为电能。他们在一块玻璃片上首先涂覆了一层掺氟的氧化锡涂层，然后再溅射上一层钛，现已能够覆盖上一层厚度达500nm的钛层，然后放入酸槽中通以中等强度的电流使该钛层氧化。结果可形成大约360nm厚的二氧化钛纳米管，然后在氧气中加热使之晶化，经过这样的处理之后就会使不透明的钛涂层转化为透明的纳米管涂层。随后再往该纳米管层上涂覆一层天然染料。     

泡沫钛生长二氧化钛纳米管的制备及研究

本文主要研究了泡沫钛孔隙表面生长二氧化钛纳米管的制备方法及二氧化钛纳米管的生长机理。利用与制备多孔陶瓷类似的方式,通过高温真空烧结法,制备了多孔泡沫钛镍合金。对该泡沫合金进行了表面改性,通过阳极氧化法在多孔泡沫钛镍合金的孔隙表面生成了二氧化钛纳米管结构。借助于扫描电镜的观测和分析,对该二氧化钛纳米管的生长机理进行了表征和研究,同时考察了阳极氧化电压和时间对二氧化钛纳米管结构形貌的影响。     

超声辅助水热法制备超长二氧化钛纳米管（英文）

以市售廉价的锐钛矿型二氧化钛粉体为原料,在10 mol/L的氢氧化钠溶液中,采用超声辅助水热法合成出超长的二氧化钛纳米管;利用扫描电镜,透射电镜,数码显微镜和X射线衍射仪对超声处理和超声辅助水热处理得到的产物分别进行表征;研究了超声波功率、超声波频率和温度对产物形貌和晶体结构的影响。结果表明,在研究的超声功率和频率范围内,当超声作用温度≥60℃时,超声作用使二氧化钛颗粒在碱液中溶胀得到一种多触角的絮状中间产物,该中间产物在90℃,5 h的温和水热条件下即可以合成出几十微米长的二氧化钛纳米管。初步分析了合成机理,超声波处理得到的多触角絮状产物对合成几十微米长的二氧化钛纳米管起着至关重要的作用。     

氧化钛纳米管阵列的表面聚集控制及光电化学特性

采用阳极氧化法在有机介质中制备垂直排列的厚度达百微米的TiO2纳米管阵列,重点考察TiO2纳米管表面形貌特性的控制,以期从微观修饰角度来提高TiO2纳米管阵列膜的光电化学性能;在此基础上,考察不同处理条件下的TiO2纳米管阵列膜的光电化学特性。实验结果表明:采用无水乙醇作为超声液并结合二次蒸馏水进行漂洗能彻底清除纳米管表面聚集堵塞部分,得到清洁、规整有序的纳米管阵列表面,且不破坏纳米管阵列膜的最佳超声振动时间为20～30s。在对纳米管阵列的表面形貌特性进行控制后,采用一步阳极氧化法+无水乙醇超声制备的样品经500℃退火在全谱段的光转换效率达到1.48%,证实对纳米管阵列的表面形貌特性实施控制能有效提高其光电化学性能。     

WO3修饰TiO2纳米管阵列制备、表征及光催化活性

利用化学浴沉积 (CBD) 结合热解工艺制备了WO₃修饰TiO₂纳米管 (WTN) 阵列, 且WTN阵列分布均匀。通过改变沉积时间可调整WTN的钨含量。利用SEM、EDX、XRD对WTN进行了表征。结果表明,阴极氧化后,TiO₂纳米管生长于钛体基体上,纳米管的内径为90~120 nm, 外径为120~160 nm,壁厚在30~60 nm范围,长约39 μm。经C. I.硫化红14的有效去除证实, 修饰TiO₂纳米管的WO₃增强了WTN光催化活性, 在可见光照射下,所制备复合膜光催化活性优于未修饰纳米管阵列 (TN)。     

阳极氧化钛纳米管阵列自组织过程研究

通过对阳极氧化钛纳米管阵列形成过程中电流变化的监测、对相关文献资料的归纳整理及对等效电路的分析,进一步探讨氧化钛纳米管阵列的自组织过程原理,并提出以体膨胀应力模型解释氧化钛纳米管阵列的自组织形成。     

用乳酸溶液为电解质制备TiO2纳米管阵列

为了开发自组织阳极氧化制备TiO2纳米管阵列的新体系,以乳酸／NH4F混合溶液为电解质,研究了阳极氧化制备TiO2纳米管阵列的影响因素及形成机理。采用X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对样品进行检测,并通过观察阳极氧化过程中的电流-时间变化曲线,探讨TiO2纳米管阵列的形成机理。结果表明：阳极氧化电压、时间及电解质溶液的黏度是影响TiO2纳米管阵列结构和形貌的主要因素,在40V阳极氧化电压下,制备出平均管径高达180nm的纳米管,所获得的TiO2纳米管阵列为无定型结构,300℃热处理以后转变为锐钛矿型TiO2。     

电泳法制备二氧化钛光催化薄膜

研究了TiO2粉末在不同溶剂中的分散性，在几种常见溶剂中正丁醇悬浮液稳定性最好。使用正丁醇作为电泳的有机溶剂进行电泳成膜，分别改变电压、时间、浓度和添加PEG（聚乙二醇）以考察这些因素对膜沉积量的影响，测定膜沉积量对光催化性能的影响。实验结果表明，在基体上的沉积量与外加电压和时间近似成线性关系，随着悬浮液浓度的提高而增大。在添加粘结剂PEG的情况下，可以增加TiO2薄膜的沉积量。在光催化的过程中，随着TiO2薄膜的质量增大，对甲基橙的降解率先是增大的，但当薄膜的质量达到一定值时，随着薄膜质量的增加，甲基橙的降解率反而下降。     

An Energy-Efficient Electrochemical Method for CuO-TiO2 Nanotube Array Preparation with Visible-Light Responses

A rapid and energy-efficient method was presented for preparing CuO-TiO₂ nanotube arrays.TiO₂ nanotube arrays were first prepared by anodic oxidation using titanium anode and platinum cathode.Then,the formed TiO₂ nanotube arrays and Pt were used as cathode and anode,respectively,for subsequent formation of CuO-TiO₂ nanotube arrays,through an electrochemical process in a solution of 0.1 mol/L CuSO₄.The morphology and composition of the CuO-TiO₂ nanotube arrays were characterized using field-emission scanning electron microscopy,X-ray photoelectron spectroscopy（XPS）,X-ray diffraction（XRD）,and UV-Vis diffusion reflection spectroscopy（UV-Vis DRS）.XPS and XRD analyses suggested that the Cu element in the nanotubes existed in CuO form,and its content changed along with the voltage during the second electrochemical process.The photocatalytic activities of the CuO-TiO₂ nanotube arrays were evaluated by the degradation of a model dye,rhodamine B.The results showed that Cu incorporation aroused wide visible-light adsorption and improved the photocatalytic efficiency of TiO₂nanotube arrays significantly under visible-light irradiation.The stability of the CuO-TiO₂ nanotube arrays was also detected.     

基于两步法阳极氧化的TiO_2纳米管阵列制备研究

采用低浓度的无机溶剂HF溶液(0.05%,质量分数)对溅射在硅基底上的400 nm钛薄膜进行阳极氧化制备TiO_2纳米管阵列,并利用SEM对制备出的TiO_2纳米管阵列进行表征。实验结果表明,通过优化阳极氧化电压幅值、电压施加方式和氧化时间,均可有效控制纳米管阵列的尺寸和形貌。首先施加0.5 V的低电压28 min,在低浓度的HF溶液中阳极氧化钛薄膜制备TiO_2纳米管阵列,其管径可达120 nm左右。在此基础上,对电压施加方式进行改进,提出两步法施加电压方式,并优化氧化时间,在硅基底钛薄膜上制备出管径为100~270 nm结构紧密有序的TiO_2纳米管阵列,明显优于钛薄膜在有机电解液中氧化制备的管径为70~100 nm的TiO_2纳米管阵列。     

TiO2纳米管阵列的制备与改性研究进展

TiO_2纳米管阵列具有比表面积大、吸附能力强和电子迁移率高等优点,在光催化降解有机污染物、染料敏化太阳能电池、光解水制氢、气敏元器件等领域具有广阔的应用前景,是当前人们的研究热点之一。对TiO_2纳米管阵列的常见制备方法及其制备原理进行了综述,并分析了各种制备方法的优缺点。同时,TiO_2由于是宽禁带半导体,其光吸收波长主要集中在紫外光区,光响应范围窄导致其对可见光的利用率较低。降低TiO_2的禁带宽度、抑制光生载流子-空穴的复合,成为提高TiO_2纳米管阵列的光催化效率及太阳能利用率的改性研究重点。着重阐述了国内外通过掺杂金属和非金属离子、沉积贵金属、复合半导体等方法来引入杂质或缺陷,使其光生载流子-空穴的复合减缓,或使其吸收光谱红移,从而达到提高光催化效果的相关研究进展,并指出了今后TiO_2纳米管阵列在制备、改性和应用等方面的研究重点和方向。     

掺杂TiO2的光催化性能研究

在TiO2中掺入杂质离子是改善TiO2光催化活性的重要方法，不同方式的掺杂能不同程度地提高TiO2的光催化性能，使TiO2光催化剂在优化降解大气和水中的污染物等方面具有十分广阔的应用前景。本文对近年来利用金属离子、非金属离子、多离子等掺杂方式提高TiO2的光催化性能研究现状进行综述。     

阳极氧化法制备氧化锆纳米管阵列的研究

采用阳极氧化法分别在1 mol/L(NH4)2SO4+0.5%NH4F(质量分数,下同)的无机水溶液(电压20 V,氧化时间3 h)和甲酰胺+甘油(体积比1:1)+1%NH4F的有机溶液(电压50 V,氧化时间24 h)中制各高度有序的氧化锆纳米管阵列,并用SEM和TEM对其形貌进行表征.在无机溶液中形成的纳米管长度19μm,直径40 nm,有机溶液中形成的纳米管高度有序,长度110 μm,直径200 nm.XRD衍射谱表明在无机溶液中形成的氧化锆纳米管为正交晶型.在有机溶液中形成的氧化锆纳米管为非晶结构,在400℃退火3 h后转换为单斜相和四方相的混合相,在800℃退火后全部转换为单斜相.