钛基材上制备TiO2纳米管阵列电极的电化学性能

在0.5%(质量分数)NH4F/甘油电解液中通过恒压阳极氧化法在钛基体上制备TiO2纳米管阵列.采用循环伏安法、紫外-可见吸收光谱、顺磁共振波谱仪和傅立叶红外谱对TiO2纳米管阵列的表面性能进行了表征.结果表明:TiO2纳米管阵列电极可发生两个光化学过程,测得的电化学激发能?EOH/?OH＞1.643 V,对应的吸收光波长λ＜853 nm;TiO2纳米管阵列电极光化学性能变化是由于在电极表面发生Ti3+与Ti4+转化的过程中形成了·OH.     

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、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%。     

CdS修饰TiO2纳米管阵列的制备及光催化性能研究

首先通过恒压阳极氧化法在纯钛箔表面制备TiO2纳米管阵列,其次运用电化学沉积法在TiO2纳米管阵列表面修饰CdS颗粒,最后表征其对甲基橙的光催化降解性能.研究表明,通过电化学沉积可以在管阵列表面获得均匀分布的CdS纳米颗粒.TiO2纳米管阵列在经过CdS修饰后,对可见光的吸收范围明显增大;光照2 h后,对甲基橙的降解效率由修饰前的57.1%提高到修饰后的76.4%,COD的去除率也从49%提高到70.6%.     

硅基底TiO2纳米管阵列的制备

本文采用磁控溅射方法在硅基底上沉积一层金属钛膜,用于取代传统阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列所用的金属钛片.分别在乙二醇和丙三醇两种电解液中进行阳极氧化,均在硅基底上形成了高度有序的TiO2纳米管阵列.该方法与硅工艺集成技术兼容,有利于基于TiO2纳米管阵列的微纳米器件的设计和制造.     

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。     

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.     

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%。     

多孔钛板表面TiO2纳米管阵列膜的制备及表征

利用四辊卧式粉末轧机制备多孔钛板,并通过阳极氧化工艺在轧制多孔钛板上制备TiO2纳米管阵列膜。采用扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）分别对TiO2纳米管阵列膜的形貌和物相进行表征,并对TiO2纳米管阵列膜的热稳定性和生物相容性进行了研究。结果表明,多孔钛板上初步制备的TiO2纳米管阵列膜为无定形相结构,在不同温度下可转化为锐钛矿型、金红石型或锐钛矿与金红石型的混合物;细胞培养实验表明,经阳极氧化及450℃退火处理后,粉末轧制多孔钛板表面细胞的黏附量比未经处理的多,且细胞发育良好。     

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。     

溅射参数对钛膜结构及其TiO_2纳米管制备的影响

采用射频磁控溅射在玻璃基片上制备了参数不同的钛膜,并选取钛膜在HF水溶液中恒压阳极氧化得到TiO2纳米管阵列。结果表明：溅射压强从0．1Pa升至1．5Pa,薄膜致密度显著下降,溅射压强以0．5Pa为宜;溅射功率为105W,溅射速率约为0．23nm／s,溅射时间延长,薄膜厚度线性增加;衬底预热有利于提高膜的致密度和结晶性能,在衬底温度低于300℃时,钛晶粒在（002）晶面择优生长,当升温到更高温度时,（010）峰、（011）峰出现且强度升高,而（002）峰的强度降低;在室温下,当溅射功率小于150W时,薄膜具有较高密度,晶粒生长各向异性,增至167W时,钛晶粒在（002）晶面择优生长,呈明显柱状六方晶表面形态,且晶界有明显孔洞存在,致密度下降。将溅射功率为150W,工作压力为0．5Pa,溅射时间为1h条件下所制备的钛膜在氧化电压为10V、电解液为0．5％（质量分数,下同）HF水溶液中室温阳极氧化,得到高规整度的TiO2纳米管阵列。     

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。     

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。     

TiO2纳米管阵列生长进程及微观结构的研究

采用高纯度的Ti箔作为阳极,以Pt片为阴极,在0.1%～1.0%HF水溶液中,电压0.4～14.5 V,温度5～40℃范围内进行恒压阳极氧化制备TiO2膜.使用电化学工作站测试了线性扫描阳极极化曲线及阳极氧化过程中的电流密度-时间曲线;并使用扫描电子显微镜对氧化膜的平衡形貌进行观察;研究了阳极氧化时间、电压、电解液浓度以及温度对平衡生长氧化膜结构的影响.结果表明:阳极氧化工艺参数对氧化膜的形成速度、纳米孔孔径、纳米管阵列长度有显著影响.增大电解液浓度以及升高电解液温度,均有利于加快形成结构稳定的氧化膜,表现在到达氧化膜稳定生长的时间缩短,且平衡时纳米管的平均长度缩短.随电压增大,氧化膜生长加速,但获得平衡生长的时间相对延长;纳米孔孔径及纳米管的长度都随之增大.     

阳极氧化法制备TiO2多孔膜

通过对TiO2多孔膜阳极氧化制备工艺的研究，提出了其成膜机理。实验以硫酸为电解液，以纯钛(TAl)为阳极，铜片为阴极，采用了恒压和恒流2种阳极氧化方式，在纯钛的表面获得TiO2多孔膜。用FESEM观察其孔径分布在100nm～200nm之间，并且随着阳极氧化电压和电流密度的增加，多孔膜的孔径有增大的趋势。最后，讨论了在硫酸电解液中TiO2多孔膜的形成机制。     

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。     

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。