TiO2纳米管阵列的形成与孔参数控制

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TiO2纳米管阵列薄膜的纳米管高度有序、比表面积高,其特殊结构所衍生的突出物理化学特性在气敏、光催化、光解水特别是染料敏化太阳能电池的光阳极领域具备很大的应用潜力。然而,目前利用钛片阳极氧化所制备的TiO2纳米管孔径较小,一端封闭,管与管之间相互粘结,影响了其效率的发挥,限制了应用领域。通过扩大纳米管的管径、通透管的底部以及增加管与管之间的间隙是提高纳米管薄膜效率的重要途径。本课题以扩大纳米管的管径为目标,采用钛片的原位阳极氧化技术,通过调整氧化工艺参数制备大孔径TiO2纳米管阵列薄膜,同时采用液相沉积-模板法探讨制备大孔径TiO2纳米管阵列薄膜的途径。   以不同纯度和晶粒尺寸的钛为基片,改变电压、电解液浓度等工艺条件,采用钛片原位阳极氧化制备TiO2纳米管阵列薄膜。在300V时,以乙二醇+0.05wt%NH4F+5%volH2O为电解液,氧化0.5h获得了结构规则有序且外径约262nm的纳米管阵列薄膜。   在AAO模板的制备中,研究了电解液种类、氧化电压、电解液浓度对AAO模板性能的影响。发现在电解液中加入无水乙醇可以降低阳极氧化的电流密度,提高反应电压,制备大孔径AAO模板。以磷酸和无水乙醇的体积比例为1∶1.25的混合溶液为电解液,电压150V,反应时间2h可制备得到孔径110nm、孔间距300nm的AAO模板。   利用液相沉积-模板法成功制备了有序TiO2纳米管阵列薄膜。结果表明,在大孔径的AAO模板中获得的是纳米管结构,而在小孔径的AAO模板中容易获得纳米线结构。
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