TiO-,2-納米管陣列的陽極氧化制備及性能研究.pdf

1、納米TiO2是一種重要的無機功能材料，在光催化降解大氣和水中的污染物、染料敏化太陽能電池（DSSC）、氣敏傳感器、光解水等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。與其它形態(tài)的TiO2相比，TiO2納米管陣列具有更大的比表面積、更強的吸附能力、高效的電子傳輸通道，有望在提高TiO2已知性能的同時，獲得新的功能特性。因此，對TiO2納米管陣列的制備及應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究具有重要的實際意義。 本文采用恒壓陽極氧化法制備TiO2納米管陣列，通過FE-

2、SEM、XRD、TEM等對納米管陣列的形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，并研究了陽極氧化電壓、時間及電解液種類對管陣列形貌、結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明：對于同一電解液體系，TiO2納米管陣列的形成需要特定的氧化電壓、時間參數(shù)范圍。納米管的平均管徑、管壁厚度、管長隨氧化電壓的提高而增大，氧化時間只對納米管長度有顯著影響；電解液種類是獲得大長徑比TiO2納米管陣列的關(guān)鍵。在具有高的介電常數(shù)和粘度系數(shù)的有機電解液中，可以制備出更長的納米管。 陽極氧化法制

3、備的TiO2納米管陣列為無定型態(tài)，經(jīng)過熱處理可獲得銳鈦礦、金紅石等不同晶型。納米管陣列中TiO2的結(jié)晶過程有別于其它形態(tài)的TiO2。管中銳鈦礦晶粒在達(dá)到一定尺度后不再增大，也不轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石相。只有當(dāng)納米管坍塌，管中的小尺寸銳鈦礦相晶粒才會消失。 此外，本文對TiO2納米管陣列在光催化降解甲基橙、直接甲醇燃料電池陽極電催化劑、DSSC的光陽極三個方面的應(yīng)用進(jìn)行了探索性研究。得出以下結(jié)論： 將空氣熱處理的TiO2納米管陣列作

4、為光催化劑，對甲基橙溶液進(jìn)行光催化降解試驗，研究了陽極氧化電壓、氧化時間、熱處理溫度對光催化性能的影響。結(jié)果表明，0.5wt％HF電解液（20V、20min）中制備的TiO2納米管陣列400℃熱處理后具有較好的光催化性能，其經(jīng)高壓汞燈照射40min，對10mg/L甲基橙溶液的降解率可達(dá)到99.6％。 通過直流電沉積和超聲輔助直流電沉積，成功制備出Pt/TiO2納米管陣列/Ti復(fù)合電極。沉積過程中超聲波及納米管的存在促進(jìn)了Pt在電

5、極表面的分散。同等制備條件下，超聲輔助電沉積制備的Pt/TiO2納米管陣列/Ti復(fù)合電極對甲醇具有最強的電催化氧化能力，普通電沉積的其次，直接沉積在Ti上的最差，但它們的性能都優(yōu)于同等面積的純Pt片狀電極。 利用TiO2納米管陣列作為光陽極材料，成功組裝制備了DSSC。TiO2納米管陣列的比表面積對電池性能有著重要影響。比表面積越大，其組裝的太陽能電池的性能越好。例如，含有1vol％水的0.25wt％ NH4F/乙二醇電解液（2