高活性晶面銳鈦礦型TiO2納米管薄膜的制備及性能.pdf

1、TiO2納米管不僅具有獨特的一維結(jié)構(gòu)，可以為載流子的輸運提供便利的通道，而且還具有巨大的比表面，可以為負載物提供大量的空間，因而在能源、環(huán)保及催化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。暴露{001}晶面的銳鈦礦型TiO2，由于{001}晶面的高活性和對電子-空穴對的空間分離作用，在光催化、太陽能電池和鋰離子電池等領(lǐng)域也有著重要的應(yīng)用。若能將二者結(jié)合，制備暴露{001}晶面的TiO2納米管薄膜，便可兼?zhèn)鋬烧叩膬?yōu)點。然而，目前關(guān)于此方面的研究尚不完善，雖然制

2、備了制備的薄膜暴露了{001}晶面，但是并無管狀結(jié)構(gòu)或者管狀形貌破壞。
　　針對上述的問題，本文在實驗室關(guān)于TiO2納米管陣列可控合成的基礎(chǔ)上，以陽極氧化法制備的非晶態(tài)TiO2納米管陣列為原料，通過系統(tǒng)調(diào)控水熱過程終邊的實驗參數(shù)，成功在低溫制備了暴露不同比例{001}晶面的銳鈦礦型TiO2納米管薄膜，并取得的如下的成果。
　　1.優(yōu)化了實驗參數(shù)成功制備了暴露{001}晶面的薄膜，并且保持管結(jié)構(gòu)。使用改性的水熱法，通過調(diào)整水熱

3、處理時溫度和保溫時間、HF溶液的pH值和體積，首次在130℃的低溫制備了暴露76.5％{001}晶面的銳鈦礦型TiO2薄膜，并且保持管狀形貌。
　　2揭示了由非晶TiO2納米管向銳鈦礦型TiO2納米管薄膜轉(zhuǎn)變的新機理。水熱過程中，氣相HF分子與固相Ti(OH)4之間的反應(yīng)是{001}晶面暴露的關(guān)鍵。HF分子在TiO2的{001}和{101}晶面上的化學(xué)吸附，使得{001}面的晶面能低于{101}面，誘導(dǎo)TiO2納米管表面原子重排，

4、使得{101}晶面面向{001}晶面轉(zhuǎn)變，從而制備了暴露高比例{001}晶面的納米管薄膜。
　　3.制備了暴露不同比例{001}晶面的銳鈦礦型TiO2納米管薄膜，并對它們在紫外光下催化降解甲基橙的性能進行研究。結(jié)果表明隨著{001}晶面的增加，薄膜的光催化效率也隨之增加。并且通過對降解過程的動力學(xué)分析，還發(fā)現(xiàn)HT-20的表觀速率常數(shù)是未暴露{001}晶面的TiO2納米管納米管的150倍之多。這可能是由于制備薄膜具有的管狀結(jié)構(gòu)為光生