多孔TiO2納米陳列的制備和生長機理探究.pdf

1、TiO2納米管陣列結合了TiO2出色的半導體性能、耐腐蝕性和納米結構特殊的光、電、磁、性能，在光催化降解有機物、光降解水、染料敏化太陽能電池等能源、環(huán)保領域得到了廣泛的應用和深入的研究。陽極氧化法是制備高度有序排列的TiO2納米管最常用的方法，但形成機理尚不明確。主要表現(xiàn)在無法解釋同樣進行陽極氧化反應，陽極氧化氧化鋁(AAO)形成納米孔結構而陽極氧化鈦(ATO)形成納米管結構的原因。本文以TiF4(TiF62-)水解誘導的氧化鈦沉積為基

2、礎，對ATO的成孔機理進行了理論模型和實驗室制備ATO孔陣列參數(shù)的探索，主要內(nèi)容如下:
　　利用有限元模擬計算，本文對ATO成孔機理進行詳細探索，嘗試建立可以實現(xiàn)陽極氧化制備和AAO孔結構相似的ATO納米孔結構的理論模型。通過探究阻擋層電阻率改變、體系中有/無TiF4(TiF62-)水解引起的TiO2沉積對電流密度分布的影響，確立了通過改變阻擋層表面形貌來實現(xiàn)理想電流密度分布的建模思路。同時通過對體系中有/無TiF4(TiF62-

3、)水解模型的分析，對ATO成管和AAO成孔的機理進行了科學解釋。
　　建立Semi-Shaped，利用有限元分析方法對阻擋層電流密度、電場強度、電勢分布進行表征。發(fā)現(xiàn)Semi-Shaped模型在孔深度大于10nm后電流密度才能實現(xiàn)理想分布。為了減少此限制條件，利用Tri-Shaped模型對阻擋層Semi形貌進行修正和改進，得到陽極氧化初期就能實現(xiàn)理想電流密度分布的6 nm Tri-Shaped模型。對6 nm Tri-Shaped

4、進行孔加深過程的陽極氧化模擬，證明此阻擋層形貌可以在陽極氧化全過程均實現(xiàn)ATO成孔的理想電流密度分布，將其確立為ATO成孔的最佳理論模型。
　　以上述模擬結果為基礎，對實驗室條件下陽極氧化TiO2納米孔陣列制備進行嘗試和陽極氧化實驗參數(shù)探索。通過一次電解調(diào)控阻擋層形貌、調(diào)整電解液成分、加入水解抑制劑等方式，確立了陽極氧化ATO成孔結構的試驗參數(shù)。首次實現(xiàn)實驗室陽極氧化獲得ATO的納米孔狀結構，通過SEM對其表明形貌和側面形貌進行表