TiO2納米管陣列的制備、改性及其應(yīng)用的研究.pdf

1、2001年，Grimes研究組首先利用電化學(xué)陽極氧化法制備出了自組裝并且高度有序的TiO2納米管陣列(TNTAs)。此后，陽極氧化法制備的TNTAs由于其獨(dú)特的化學(xué)和物理性能，如高度有序的結(jié)構(gòu)、良好的機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)定性、高的比表面積和優(yōu)異的耐腐蝕性能而被廣泛應(yīng)用于環(huán)境凈化、太陽能電池、光催化裂解水和氣敏傳感器等方面。然而，TiO2低的可見光利用率和高的光生電子-空穴對的復(fù)合率極大的限制了它的實(shí)際應(yīng)用。目前，對TNTAs修飾改性的方法主要有

2、半導(dǎo)體復(fù)合、元素?fù)诫s和貴金屬負(fù)載等方法。本文首先利用水熱法將半導(dǎo)體SrTiO3和TNTAs進(jìn)行復(fù)合有效的提高了TNTAs的光電化學(xué)性能，然后再將Cr元素?fù)诫s進(jìn)入SrTiO3/TNTAs復(fù)合材料中成功將TNTAs的光響應(yīng)范圍拓展到了可見光區(qū)，提高了太陽光利用率。此外，利用溶劑熱法制備了Ag納米顆粒均勻負(fù)載的TiO2納米管陣列復(fù)合材料，利用貴金屬Ag的SPR效應(yīng)使TiO2納米管陣列的光吸收范圍擴(kuò)展到了可見光區(qū)，極大的提高了光電化學(xué)性能和對太

3、陽光的利用率，文中具體研究內(nèi)容如下:
　　(1) SrTiO3納米球復(fù)合修飾TiO2納米管陣列，文中采用簡單易操作的水熱法將TiO2納米管陣列置入含有Sr(OH)2和NaOH的水熱反應(yīng)釜中，加熱處理反應(yīng)若干小時(shí)即得到頂端負(fù)載SrTiO3納米球的TNTAs。負(fù)載的SrTiO3納米球的數(shù)量和位置可以通過調(diào)節(jié)反應(yīng)參數(shù)來合理的定制。對SrTiO3納米球/TNTAs復(fù)合材料在全光下的光電化學(xué)性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明除過8h水熱處理的樣品，0

4、.5h-2h水熱處理的樣品均表現(xiàn)出比純TNTAs高的光電轉(zhuǎn)換效率。討論并研究了比傳統(tǒng)制備SrTiO3/TNTAs納米復(fù)合材料具有更高光電轉(zhuǎn)換效率的SrTiO3/TNTAs復(fù)合材料的最優(yōu)合成條件，發(fā)現(xiàn)0.5h水熱處理的樣品表現(xiàn)出了最佳的光電轉(zhuǎn)換效率和光催化性能。此外，發(fā)現(xiàn)SrTiO3/TNTAs復(fù)合材料在單色光368nm處的光電流密度要高于其在355nm下的光電流密度。
　　(2)可見光響應(yīng)的Cr摻雜SrTiO3/TNTAs復(fù)合材料

5、，在用有機(jī)體系陽極氧化法制備了具有較長的管長和光滑管壁的TNTAs的基礎(chǔ)上，將其加入含有Sr(OH)2和Cr(NO3)3的反應(yīng)液中原位水熱處理一步即可得到Cr摻雜的SrTiO3/TNTAs復(fù)合材料，并且它們的結(jié)構(gòu)和組成可以通過控制反應(yīng)的時(shí)間來合理調(diào)節(jié)。結(jié)合XRD、XPS和HAADF-STEM等分析表征手段，證明了Cr確實(shí)摻雜進(jìn)入了SrTiO3中。對不同組成的Cr摻雜SrTiO3/TNTAs復(fù)合材料的光電性能進(jìn)行研究表明，發(fā)現(xiàn)適當(dāng)比例的摻

6、雜可以有效提高復(fù)合材料的光電和光催化性能，并最大的提高它的可見光利用率。
　　(3) Ag納米顆粒修飾TiO2納米管陣列，文中采用改性的溶劑熱法在成功的將Ag納米顆粒負(fù)載在了TNTAs的表面和內(nèi)外管壁上，并且可以通過控制溶劑熱反應(yīng)的條件來合理定制負(fù)載的Ag納米顆粒的尺寸。對負(fù)載Ag納米顆粒后的TNTAs進(jìn)行可見光下的光電流響應(yīng)和光催化降解羅丹明B實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明隨著負(fù)載的Ag納米顆粒尺寸的增大，其在可見光區(qū)的光電流存在一個(gè)極值，Ag