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。     

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。     

离子浓度对TiO_2纳米管阵列的影响

采用阳极氧化法在纯钛片表面得到了一种规整有序的TiO2纳米管阵列.利用SEM观察纳米管阵列的形貌,用XRD分析其晶型.并考察了阳极氧化电压、F浓度和溶液的pH值对纳米管阵列形貌和长度的影响.以罗丹明B溶液为目标降解物研究了TiO2纳米管阵列的光催化活性.结果表明,F浓度不仅影响纳米管阵列的形成时间,而且对纳米管阵列的形貌和长度也有一定的影响;溶液的pH值不仅影响纳米管阵列的长度,在很大程度上也影响纳米管阵列的表面形貌.阳极氧化法制备的TiO2纳米管阵列为无定型,在450℃空气中焙烧2h晶相主要为锐钛矿型TiO2,表现出较好的光催化活性.     

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。     

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。     

阳极氧化法制备金属掺杂TiO2纳米管的研究进展

介绍了金属掺杂TiO2纳米管的原理及掺杂方法,对其研究现状进行了详细评述,并指出金属掺杂TiO2纳米管存在的一些问题及其研究方向.     

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。     

阳极氧化制备TiO2纳米管阵列电极反应及阻抗研究

为使TiO2纳米管阵列电极更好地应用于太阳能电池中,采取恒压阳极氧化法在质量分数0.5%NH4F/甘油电解液中在钛基体上制备出TiO2纳米管阵列.采用XRD、SEM、电子顺磁波普仪(EPR)、交流阻抗法(EIS)和循环伏安法(CV)研究TiO2纳米管阵列电极的电子传输性能及界面性质,确定各电极反应过程对应的阻抗曲线,计算得出电极的电子传输动力学参数.研究表明,TiO2纳米管阵列电极表面发生三价钛化合物转化成四价钛氧化物的氧化反应,电极电阻明显降低,加速了电极-电解液界面电子扩散速度,有利于TiO2电极表面自由羟基的产生.     

阳极氧化ZrO_2纳米管阵列的制备及其生长机制

在含NH4F的聚乙二醇(PEG-200)电解液中通过阳极氧化制备高度有序的二氧化锆纳米管阵列(ZrO2-NTs)。考察氧化电压、氧化时间以及电解液水含量对ZrO2-NTs形貌的影响,并讨论其生长机制,采用等效电路Rs(QfRf)(QdRc)对ZrO2-NTs的电化学阻抗谱进行拟合。结果表明,在该体系中ZrO2-NTs的形成包括氧化、水解形核以及膜溶解过程,氧化电压、氧化时间以及电解液水含量是影响ZrO2-NTs生长的重要因素,在含1.0%NH4F(质量分数)和5%H2O(体积分数)的PEG-200电解液中,20 V电压下氧化3 h可制备得到管径为100~120 nm的ZrO2-NTs。电化学阻抗谱分析结果表明,ZrO2膜层的界面电荷转移电阻较大。     

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。     

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%。     

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。     

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,...     

多孔钛表面TiO_2纳米管的阳极氧化制备及光催化性能(英文)

对多孔钛表面制备TiO2纳米管的阳极氧化工艺进行研究。在两种电解质溶液中采用阳极氧化法分别对多孔钛和钛箔进行表面处理。一种电解质溶液是含有0.5%HF的冰醋酸,另一种电解质溶液是含有0.5%NH4F(质量分数)的乙二醇溶液(醇水体积比4:1)。结果表明:两种方法在钛箔上都可以生成TiO2纳米管,而多孔钛表面只能在NH4F电解质溶液中生成纳米管,HF溶液中过高的电流密度是纳米管在多孔钛基体上难以生成的主要原因。采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪对不同基体上的TiO2纳米管进行表征,相比钛箔基体上的纳米管管壁,多孔钛上的纳米管管壁更薄。对所制备的TiO2热处理研究表明,锐钛矿相在400°C时形成,并在700°C完全转变为金红石相。经450°C热处理样品的光催化性能最好。光催化性能也受到多孔钛孔隙率的影响,在孔隙率为60%时光催化性能最好。     

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。     

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。     

可见光响应型Cu-Ti-O纳米管阵列的阳极氧化制备及表征

通过阳极氧化在Cu30Ti70合金基体上制备出高度有序的Cu掺杂Cu-Ti-O纳米管阵列,并讨论了阳极氧化时间对Cu-Ti-O纳米管阵列形貌和结构影响。结果表明:在O2气氛中450℃退火晶化2 h后,Cu-Ti-O纳米管阵列在400~650 nm波长范围内表现出较强的可见光响应性能,其本征吸收带边和可见光吸收带边最大值分别红移至470nm和760nm;Cu掺杂后形成的氧空位促进了Cu-Ti-O纳米管锐钛矿向金红石相的转变;随着阳极氧化时间的延长,Cu-Ti-O纳米管阵列长度增加,管壁厚度减薄,且在O2气氛中450℃退火2 h后,金红石相转变量增加。     

Ag/TiO2纳米管的制备及其光催化性能

对纯钛片进行阳极氧化,得到长度约2 μm的TiO_2纳米管,在AgNO_3溶液中TiO_2纳米管在紫外光照射下,成功的将Ag~+离子还原为Ag单质,并沉积在TiO_2纳米管表面;用XRD,SEM和XPS对制备的样品进行表征,结果显示:Ag微粒(10～120 nm)是以单质的形式,不均匀的分布在TiO_2纳米管表面,并具有很好的化学稳定性;Ag/TiO_2纳米管光电催化效率随Ag量的增加而增加,但超过最佳值后降解效率就会下降:实验显示Ag含量为1.15%的Ag/TiO_2纳米管降解效率最高,紫外光照射3 h后,初始浓度为10×10~(-6)mol/L的亚甲基蓝溶液降解率达到100%,比未掺杂Ag的TiO_2纳米管降解效率提高了22.98%.     

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%。     

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.