电解液中甲酰胺浓度对阳极氧化制备TiO_2纳米管阵列形貌和光催化性能的影响

分别以0.5%HF水溶液(A)、0.3 mol/L NH4F+70%H2O+30%甲酰胺(体积分数)(B)、0.3 mol/L NH4F+30%H2O+70%甲酰胺(体积分数)(C)和0.3 mol/L NH4F+3%H2O+97%甲酰胺溶液电解液(体积分数)(D)作为电解液,对比研究甲酰胺含量对电化学阳极氧化TiO2纳米管阵列的形貌、结构和光催化性能的影响。结果表明:TiO2纳米管阵列长度随甲酰胺含量的增加而增加;水基电解液A中制备的纳米管长度、壁厚和管径分别约为600、20和100 nm,且分布不均匀;甲酰胺基电解液D中制备的纳米管长度、壁厚和管径分别约为10μm、5 nm和60 nm,且管径分布均匀;样品在O2中经450℃退火2 h后,发现甲酰胺基电解液A中制备的TiO2纳米管为单相锐钛矿结构,其它样品则为复合锐钛矿相和金红石相结构。光催化降解甲基橙的结果表明:随着TiO2纳米管阵列的厚度增加及管壁减小,紫外光光催化效率明显提高。     

阳极氧化制备TiO_2纳米管阵列的可控相转变及表征

采用电化学阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列,分别在O2、N2、5%H2+95%N2(体积分数)和NH3气氛中于400~650℃退火处理,初步实现TiO2纳米管中锐钛矿向金红石相转变的可控制备。采用FESEM、XRD、Raman对退火处理后TiO2纳米管的表面形貌、结构以及相转变等进行表征。结果表明:随着退火温度的升高,在O2气氛退火时,源于Ti基体的吞噬效应(Feeding effect)是导致TiO2相转变的主要原因;在N2和(5%H2+95%N2)气氛退火后,氧空位加速了锐钛矿向金红石相的转变;而在NH3气氛中退火后,N掺杂则有效抑制了锐钛矿向金红石相的转变。在此基础上,对其相转变机理进行了初步探讨,为进一步制备具有可控相含量及微观点缺陷的TiO2半导体和高性能器件提供了有益思路。     

水热掺Zn的TiO_2纳米管的结构表征

通过阳极氧化及水热技术制备了掺Zn的纳米管层。采用用场发射扫描电镜、XRD衍射图谱分析了水热前后纳米管的形貌及结构特征,采用划痕法评价了纳米管的结合强度,并评价了掺Zn的纳米管膜层对S.aureus ATCC 25923的抗菌性。结果表明,阳极氧化TiO2纳米管由非晶构成;水热处理后,纳米管的物相以Zn2Ti3O8为主;随着水热时乙酸锌浓度的增加,膜层中Zn的含量缓慢增加,纳米管的管壁厚度逐渐降低,纳米管内径变化不明显,纳米管层的临界载荷稍有降低。掺Zn纳米管形成机制符合溶解-再结晶机制。掺Zn的纳米管膜层对S.aureus ATCC 25923具有很好的抗菌性。     

TiO2纳米管阵列的制备、热处理及光催化性能

采用恒压直流阳极氧化法制备具有规则排列的TiO2纳米管阵列,并研究其在空气热处理过程中的晶型转变,同时用甲基橙的降解过程表征其光催化性能。结果表明：电解液采用0.5%（质量分数）HF水溶液时,电压在10～20V之间,时间5min以上才能形成TiO2纳米管阵列;随着氧化电压的提高,纳米管的平均管径和管长都增大;随着氧化时间的延长,纳米管管长明显增长,平均管径变化不大;纳米管阵列在空气中热处理时,280℃左右出现锐钛矿相,400℃左右出现金红石相,680℃左右锐钛矿相向金红石相的转变结束,600℃纳米管阵列结构仍然保持完整。光催化实验表明,在氧化电压为20V、氧化时间为20min时获得的纳米管阵列经过400℃热处理后,在40min的光照时对甲基橙的光催化降解率高达99.6%。     

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。     

阳极氧化制备工艺对TiO_2纳米管阵列显微形貌的影响

为改善TiO_2纳米管阵列结构有序性和形貌完整性,以NH4F-丙三醇-水溶液为电解液,采用一次阳极氧化法和二次阳极氧化法在Ti片表面制备TiO_2纳米管阵列,借助扫描电子显微镜和原子力显微镜,研究一次阳极氧化电压、二次阳极氧化法制备过程中阳极氧化电压和一次阳极氧化时间以及退火温度对TiO_2纳米管阵列显微形貌的影响。结果表明,采用一次阳极氧化法在5~25 V电压下阳极氧化Ti片120 min后均可制得有序排列的TiO_2纳米管阵列,纳米管外侧面具有"竹节状"结构特征,纳米管平均管径和管间距随氧化电压升高而增大;一次阳极氧化法在20 V/120 min下制得的TiO_2纳米管阵列相对较优,其表面平整度高。在相同氧化电压下采用二次阳极氧化法制备TiO_2纳米管阵列不能有效改善阵列的有序程度和表面平整度。600℃退火会促进TiO_2纳米管层/钛金属界面处的热氧化物层生长。     

高长径比TiO_2纳米管阵列的制备及其电致变色与光电化学性能

采用NH4F-DMSO-甘油-H2O溶液体系的电化学阳极氧化法,经高温热处理后,在金属钛基板上制备了有序的Ti O2纳米管阵列薄膜。通过计时安培法、循环伏安曲线、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电致变色及光电化学特性进行了研究。结果表明,Ti O2纳米管为混晶组成,阵列薄膜具有大比表面积和高长径比。纳米管阵列电极具有稳定的阴极电致变色效应,快速的着色/褪色反应时间。与Ti O2纳米多孔膜电极相比,Ti O2纳米管阵列电极的光电流及光照开路电压都显著增加。     

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。     

自组织TiO_2纳米管阵列的制备及形成机理

采用电化学阳极氧化法,在纯Ti表面一步制得原位生长的自组织TiO2纳米管阵列。采用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外?可见光漫反射吸收光谱(UV-visDRS)对煅烧后样品进行表征,并探讨纳米管阵列的形成机理。结果表明,在优化的制备参数条件下,所得TiO2纳米管排列整齐,平均管径约为150nm,平均管长约为400nm,且对400~700nm可见光有较大吸收。XPS分析发现,0.35%(摩尔分数)的F原子掺杂进入TiO2晶格中。可见光催化降解染料AO7的结果表明,673K煅烧的F-TiO2纳米管对AO7的去除率达到37.2%。     

TiO2纳米阵列超疏水膜的制备及耐腐蚀性能

采用阳极氧化法在纯钛表面制备TiO2纳米管阵列,使用六甲基二硅胺烷对TiO2纳米管阵列进行低表面能处理,得到超疏水表面．用接触角测量仪测定表面疏水性,采用SEM、EDS技术研究改性前后试样表面的形貌和元素组成,并利用极化曲线和电化学阻抗谱法研究了超疏水膜的耐腐蚀性能．结果表明,TiO2纳米管阵列经改性后超疏水效果明显,...     

两段式阳极氧化法制备大管径TiO2纳米管

应用电化学阳极氧化方法,在自选的电解液中,通过调节氧化电压和氧化次数制备不同管径的TiO2纳米管。其管径可分别控制在50,100和200nm左右。其中50和100nm范围的纳米管是一次氧化所制得。通过再次氧化突破了一次氧化对尺寸的限制,所制得纳米管的最大管径达到280nm。实验证实,在一定的电压范围内,通过调节阳极氧化的电压可以控制TiO2纳米管的管径大小。但是,在本实验的电解液条件下,在一次氧化过程,通过调节电压制备出的纳米管最大管径只能达到120nm。采用两次氧化能将TiO2纳米管的管径扩大到更大的尺寸,可以扩展TiO2纳米管的应用范围。     

外加电压对阳极氧化钛纳米阵列结构的影响

采用阳极氧化在钛基体上原位合成了自组装有序的纳米管TiO2薄膜材料，采用的电解质溶液为0．5mol／L NH4HF2＋1mol／LNH4H2PO4水溶液。通过XRD，SEM对TiO2纳米管进行表征。研究表明，外加电压对TiO2薄膜的微观结构有很大的影响。在外加电压为20V时，氧化8h可得到长度为2pm，内径为80nm，外径为100nm的TiO2纳米阵列。经300℃热处理后，可得到锐钛矿型的TiO2。通过对成膜工艺的研究，提出了阳极氧化法制备有序TiO2纳米管的成膜机制。     

阳极氧化法制备TiO_2纳米管形成机制

采用阳极氧化法在纯Ti表面制备了TiO2纳米管。根据电流-时间(I-t)曲线,结合不同阶段Ti表面的FE-SEM照片,将TiO2纳米管的形成过程分为4个阶段,即氧化膜生成阶段、氧化膜化学溶解和生成阶段、纳米管生成阶段、纳米管稳定阶段。整个过程中发生两个基本的反应,其中TiO2的生成为电化学反应过程,而TiO2的溶解为化学反应过程。通过这两步反应,完成TiO2纳米管形成的一个基本周期。循环发生这两步反应,有序的TiO2纳米管形成。TiO2纳米管成节状,结合上升的生长反应可知,每一节的形成代表上述两个反应循环发生一个周期。     

钙盐浓度对复合氧化法制备多孔二氧化钛涂层表面结构的影响

为了分析微弧氧化电解液中钙盐浓度对复合氧化法(即预氧化和微弧氧化复合处理)制备多孔二氧化钛涂层表面结构的影响，利用X射线衍射、扫描电镜及附带的能谱对涂层的表面相结构、形貌及元素组成进行了观测与分析，利用图像分析软件对涂层表面孔隙率进行测试。结果表明：复合氧化法制备的多孔二氧化钛涂层表面均含有单质钛、锐钛矿型二氧化钛和金红石型二氧化钛：钙盐浓度的变化对涂层表面结构有一定影响，随着钙盐浓度的增加，涂层中锐钛矿型二氧化钛相对含量减少，金红石型二氧化钛相对含量增加；涂层表面的钙、磷元素含量降低，钙磷原子比增加：在所选钙盐浓度下，表面孔隙率的变化不十分显著。     

有机电解液中钛基材表面TiO2纳米管阵列生长机制的研究

采用恒压阳极氧化法在有机电解液(NH4F/甘油、NH4F/乙二醇)中制备TiO2纳米管阵列,研究了阳极氧化电压、时间、电解液成分对纳米管阵列形貌、生长过程的影响,并提出了有机电解液中TiO2纳米管阵列的生长机制.研究表明:有机电解液中,获得纳米管阵列的电压范围更为宽泛,纳米管的生长时间也更长;在不同含水量的有机电解液中,可以制备出形貌不同的纳米管阵列;有机溶剂的高粘度、低含氧量提高了纳米管生长速度的同时控制着纳米管的腐蚀速度,因此在有机电解液中可以制备更大长径比的TiO2纳米管阵列;乙二醇电解液中纳米管的生长速度大于甘油电解液,并可制各出64μm的TiO2纳米管阵列.     

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。     

Micro-porous TiO2 thin films grown on surface of Ti substrate

Microporous titanium dioxide thin films have been grown on titanium plates by the micro-plasma oxidation method with different current densities (4, 6, 10 and 14 A/dm2). X-ray diffraction, scanning electronic microscopy and UV-Vis spectrophotometry were used to characterize the films. It is found that the films grown are microporous and consist of crystalline titanium dioxide. The micropore size and the content of anatase and rutile TiO2 phase increase with the applied voltage. The relatively higher degradation efficiency for rhodamine B is obtained in the film produced with a current density of 10 A/dm2.     

g-C3N4/TiO2纳米管阵列的制备及光催化性能的研究

目的 获得在可见光下光催化活性较好,且可回收、可重复利用的光催化材料。方法 在钛基底上采用阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列（TiO2 NTAs）,将TiO2 NTAs在10%尿素溶液中浸渍不同时间后,在氮气保护下高温热分解,制备g-C3N4/TiO2 NTAs复合薄膜。采用XRD、SEM、TEM对复合薄膜进行物相及形貌的表征,在可见光照射下,通过亚甲基蓝溶液的催化降解实验来评估复合薄膜的光催化活性。结果 在10%尿素溶液中浸渍不同时间后所获得的g-C3N4/TiO2 NTAs样品,其可见光催化活性均较纯TiO2 NTAs有所提高,而且随浸渍时间的增加,其可见光催化活性依次增加。浸渍时间为6 h的g-C3N4/TiO2 NTAs样品,在可见光下的光催化活性最高,在120 min内对亚甲基蓝的降解率可达73%。继续增加浸渍时间,所获得的TiO2 NTAs样品的可见光催化活性有所降低。结论 g-C3N4与TiO2 NTAs复合,可以有效提高TiO2 NTAs的光催化活性,其原因是g-C3N4的复合提高了载流子的传递效率,同时也提高了对可见光的吸收。     

TiO2 纳米管的阳极氧化制备及改性应用研究综述

详细调研了新型TiO2纳米管在国内外的研究现状,根据阳极氧化法制备纳米管的电解液成分发展历程,重点介绍了在不同电解液体系中制备TiO2纳米管阵列的具体条件,并对其所生成TiO2纳米管的形貌和结构进行了比较。同时详细叙述了TiO2纳米管在染料敏化太阳能电池、光催化剂、传感器、超级电容器等领域的应用情况,并针对TiO2纳米管带隙窄、光催化率低等问题,通过改变制备条件、贵金属沉积、复合半导体、离子掺杂等方法对TiO2纳米管进行改性,提高TiO2纳米管性能。介绍了其在相应领域改性的研究进展。研究表明,经过修饰的TiO2纳米管,其光电特性、催化特性、传感特性及灵敏度和稳定性等都得到了一定的改善。最后提出了目前存在的问题,展望了TiO2纳米管应用的发展趋势。