不同衬底上纳米结构二氧化钛薄膜的制备
  

编号:99-1434198 | DOC格式 | 6.26M | 55 页

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不同衬底上纳米结构二氧化钛薄膜的制备
Preparation of TiO2 nanotubes on different substrates

2.9万字 55页 原创作品,已通过查重系统


中文摘要
能源和环境问题给人类社会的可持续发展提出了严峻挑战,其中能源问题是关键。太阳能和氢能被认为是最有可能逐步取代化石能源的“绿色能源”。当前,直接将太阳能转换成电能和利用太阳能光解水制氢是最有希望的两个研究方向,其中开发高效、廉价的实用型光电极材料至关重要。
TiO2是一种化学稳定性好、光催化活性高、无毒无害、价格低廉的半导体材料,其在太阳能电池和光解水制氢等领域已展现出良好的应用前景,受到人们的高度重视。特别是近年来,通过阳极氧化法所制备的TiO2纳米管阵列,以非常规整的阵列形式排列,具有极好的有序结构、更大的比表面积和更强的吸附能力,展现出很高的量子效率,在太阳能利用领域的应用具有明显优势。对这种特殊纳米结构的构筑、掺杂改性和应用性质研究已经成为科学界研究的热点。本论文通过阳极氧化法,利用自组装的实验设备分别在纯钛和Ti-Ta合金上进行了二氧化钛纳米管的制备。在纯钛上研究了阳极氧化个因素(包括电解液、电压、氟离子、水含量和反应温度)对纳米管形貌的影响;在Ti-Ta合金上,通过改变合金中Ta的含量研究了其对纳米管形貌的影响,同样的也研究了氧化时间、氧化电压、氧化温度对二氧化钛纳米管形貌的影响,并和纯钛上生产的纳米管进行了对比。并通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)分析手段对纳米管进行了表征和分析。结果表明:
通过自组装阳极氧化法能够在纯钛和钛钽合金上制备出二氧化钛纳米管阵列。纯钛上由于电解液组成和F离子浓度的不同,都会使得所得到的纳米管的表面光滑度有所差异;水含量则与纳米管管口阻挡层的溶解又关;氧化时间和电压分别影响了纳米管的工和管径大小。合金上纳米管形貌随着合金中钽含量的增加而不断改善,在50%时最为均一有序。纳米管的长度随阳极氧化电压的增大、时间的延长、温度的升高而增长;纳米管管径随阳极氧化电压的升高、水含量的增加而增加。纳米管的平均管径尺寸与阳极氧化过程中电流密度所达到的最大值有关,纳米工度则与由综合电流密度有关。
对于50wt%的Ti-Ta合金,两级纳米管形成的关键因素是电解液中水的含量,同时受阳极氧化电压、时间的影响。氧化过程中元素分布不均匀导致纳米管分裂是两级纳米管的形成机理。刚开始形成的纳米管是无定型结构,经过不同温度退火后可以发生晶型转变。对于Ti-Ta合金,750℃退火有晶体β-五氧化二钽出现。


关键字:TiO2纳米管阵列 Ti-Ta合金 阳极氧化法 纯钛

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