陽(yáng)極氧化法制備納米二氧化鈦陣列管畢業(yè)論文(文件)

　

【正文】 的作用下，電子探針在樣品表面作光柵狀掃描并且激發(fā)出多種電子信號(hào)，如二次電子、背散射電子、X 射線、吸收電子、俄歇（Auger）電子等。在本文中主要采用SEM 觀察樣品表面形貌與特征。一般主要是用來(lái)分析合金里面的相成分和含量。根據(jù)衍射線的強(qiáng)度，還可進(jìn)一步確定晶胞內(nèi)原子的排布。測(cè)試條件為室溫下進(jìn)行，分別測(cè)試有光和無(wú)光條件下TiO2納米管陣列薄膜的光電催化性能。樣品的光吸收采用裝有積分球配件的紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)(UVVis)進(jìn)行紫外可見(jiàn)漫反射測(cè)試。由于TiO2穩(wěn)定性高、無(wú)毒、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此其在光催化制氫領(lǐng)域研究最為廣泛。Grimes等[22]在導(dǎo)電玻璃上合成TiO2納米管陣列，并將其制成染料敏化太陽(yáng)能電池中的光電極，通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)這種納米管具有良好的傳遞電子能力， %，是一種很好的電極材料。隨后，Quan等研究者研究了有關(guān)五氯苯酹的降解情況?？茖W(xué)家以不同形貌的TiO2納米管陣列為探測(cè)氫氣的氣敏傳感器，研究發(fā)現(xiàn)管徑越小，靈敏度越高。鈦金屬表面的氧化膜主要成分為T(mén)iO2，次表面含少量Ti2O3和TiO。在復(fù)雜的生理環(huán)境中，鈦植入物將與液體、有機(jī)分子相互發(fā)生生理反應(yīng)和生理腐蝕。二氧化鈦納米管具有光敏、氣敏、壓敏、介電效應(yīng)、光電轉(zhuǎn)換等特性，且由于其具有高比表面積、高深寬比，使它具有更高的光催化能力，并能提高光電轉(zhuǎn)換效率，在太陽(yáng)能電池、光催化、傳感器、微電子、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著重要的發(fā)展前景。本文采用全新配比的有機(jī)電解液，利用陽(yáng)極氧化的方法制備排列規(guī)則的二氧化鈦納米管陣列。表22實(shí)驗(yàn)藥品實(shí)驗(yàn)藥品型號(hào)規(guī)格生產(chǎn)單位乙二醇分析純成都市新都區(qū)木蘭鎮(zhèn)工業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)氟化銨分析純成都市新都區(qū)木蘭鎮(zhèn)工業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)無(wú)水乙醇分析純重慶川東化工（集團(tuán)）有限公司氫氟酸分析純成都市新都區(qū)木蘭鎮(zhèn)工業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)檸檬酸（一水）分析純成都市新都區(qū)木蘭鎮(zhèn)工業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)鈦片%寶雞市博洋金屬材料有限公司先將鈦片裁剪成長(zhǎng)方形（長(zhǎng)寬為20mm15mm）薄片，用砂紙（60，120，200，400，600，800，1000）打磨拋光，直至表面沒(méi)有刮痕，然后用去離子水進(jìn)行超聲清洗10min，再用無(wú)水乙醇超聲清洗鈦片表面10min，除去表面的油污，然后用體積比為1%的氫氟酸溶液拋光處理5min，最后再用去離子水超聲清洗表面10min。將石墨電極和鈦片分別插入對(duì)應(yīng)的孔中，固定好，調(diào)整鈦片的位置確保每次陽(yáng)極氧化時(shí)鈦片浸入溶液的面積為 2cm 并正對(duì)著石墨電極。反應(yīng)剛開(kāi)始時(shí)，可以看到，鈦片表面由剛拋光的灰白色馬上轉(zhuǎn)變?yōu)樗{(lán)色，然后又快速轉(zhuǎn)變?yōu)榈S色，而石墨電極上則產(chǎn)生了許多氣泡。使用電化學(xué)工作站來(lái)表征樣品的光電催化性能；使用掃描電子顯微鏡(SEM)來(lái)表征樣品的形貌和結(jié)構(gòu)；使用X射線衍射儀(XRD)來(lái)測(cè)定樣品的晶體結(jié)構(gòu)；使用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)來(lái)測(cè)試樣品的吸光度，從而分析各個(gè)不同樣品的光催化效果。，混合均勻至氟化銨完全溶解，再稱取一定量檸檬酸（一水）溶解至上述溶液中，使檸檬酸（一水）、。然后將整個(gè)裝置放入集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，恒溫的溫度設(shè)定為30℃。最后對(duì)樣品進(jìn)行表征分析找到最佳氧化電壓。但是60V時(shí)，明顯看出，光電催化效果極差，且不穩(wěn)定，主要是因?yàn)殡妷哼^(guò)大，易形成像海綿狀的隨機(jī)多孔結(jié)構(gòu)，并且達(dá)到某一值時(shí)，會(huì)使 Ti 箔完全被氧化腐蝕掉，得不到納米管。查閱資料得知不同電壓下制備的樣品表面平整度，比表面積有顯著差異，20V電壓下制備的納米管陣列比表面積較大，其較強(qiáng)的光吸收可能與此有關(guān)。但是同時(shí)，電壓過(guò)小，無(wú)法形成納米管結(jié)構(gòu)，或者形成的納米管氧化層較薄，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，易破壞。，不同的是在陽(yáng)極氧化反應(yīng)時(shí)固定氧化電壓為40V，改變陽(yáng)極氧化時(shí)間，分別為1h、2h、3h、4h、5h。圖 34 不同氧化時(shí)間電化學(xué)工作站測(cè)試圖由圖34電流時(shí)間曲線可以看出，在水浴鍋30℃恒溫、40V恒壓條件下通過(guò)陽(yáng)極氧化法反應(yīng)不同時(shí)間制備出的納米TiO2陣列管的光電催化性能有所差異。在圖36中還可看出反應(yīng)時(shí)間為1h的樣品反射率最低，即吸收最強(qiáng)，與電化學(xué)工作站所得結(jié)果相吻合，即氧化時(shí)間為1h的樣品性能最佳。將燒杯放入超聲清洗器中使溶液混合均勻。圖37 0V偏電壓電化學(xué)工作站測(cè)試圖圖38 圖38 根據(jù)圖3圖3圖39分析可知，在沒(méi)有偏電壓的測(cè)定條件下，改性前的樣品在無(wú)光條件下的電流比改性后的低，在有光條件下也比改性后的樣品低，但是由圖還可看出改性前和改性后有光和無(wú)光時(shí)it曲線的絕對(duì)值大致相等，故在沒(méi)有偏電壓的情況下，摻入檸檬酸（一水）對(duì)樣品的光電催化性能沒(méi)有明顯的影響；，無(wú)光時(shí)，改性前的樣品的電流比改性后高，有光時(shí)，改性前和改性后的樣品的電流幾乎相同，故改性后的樣品有光和無(wú)光時(shí)it曲線絕對(duì)值大于改性前的，摻入檸檬酸（一水）對(duì)樣品的光電催化性能有所提高；，改性前的樣品在無(wú)光條件下的電流比改性后的高，在有光條件下又比改性后的樣品低，故改性后的樣品有光和無(wú)光時(shí)it曲線絕對(duì)值大于改性前的，摻入檸檬酸（一水）對(duì)樣品的光電催化性能有較大提高。圖310 改性前后X射線衍射儀測(cè)試圖由圖310分析得知，XRD測(cè)試結(jié)果顯示摻入檸檬酸（一水）制備的樣品和空白樣品的出峰位置相同，對(duì)樣品晶型無(wú)明顯影響。制備結(jié)束，對(duì)樣品進(jìn)行表征分析。而在可見(jiàn)光下，檸檬酸（一水）（吸收率最高），當(dāng)濃度越高或者濃度越低，納米TiO2陣列管的光反射率越高（吸收率越低）。綜上分析，檸檬酸（一水）。圖316 空白樣品元素分布圖圖317 摻雜樣品元素分布圖 圖31圖317分別為空白樣品和摻入檸檬酸（一水）制備的樣品的元素分布圖。在30℃恒溫條件下制備納米TiO2陣列管的最佳電壓是40V，電壓過(guò)低表面的氧化層太薄，電壓過(guò)高又會(huì)破壞已經(jīng)生成的氧化層。當(dāng)加入電解液的檸檬酸（一水），能最大程度提高納米TiO2陣列管的光電催化性能。從畢業(yè)論文題目的選擇、到選到課題的研究和論證，再到本畢業(yè)論文的編寫(xiě)、修改，每一步都有三位老師的細(xì)心指導(dǎo)。感謝所有教育過(guò)我的專業(yè)老師，你們傳授的專業(yè)知識(shí)是我不斷成長(zhǎng)的源泉也是完成本論文的基礎(chǔ)。而且還要感謝幫助我的同學(xué)們，他們?cè)谒哪陼r(shí)間內(nèi)幫助了我很多，有不懂得地方幫我解答，并且在此次論文撰寫(xiě)過(guò)程中幫我查找資料、排版和校正文字。由于經(jīng)驗(yàn)匱乏，能力有限，論文中難免有許多考慮不周全的地方，希望各位老師多加指教。我們是永遠(yuǎn)的朋友?；仡欉@四年的學(xué)習(xí)生涯，老師們給了我們很多指導(dǎo)、幫助和意見(jiàn)。老師的嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)，一絲不茍的治學(xué)態(tài)度深深感染了我，令我獲益非淺，是我學(xué)習(xí)的榜樣。例如，通過(guò)控制納米TiO2陣列管的壁厚、管徑和管長(zhǎng)等參數(shù)來(lái)進(jìn)一步優(yōu)化納米TiO2陣列管的各種性能，使其在太陽(yáng)能電池、光催化、傳感器、微電子、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域都能發(fā)揮更有效的作用。在在30℃恒溫、40V恒壓條件下運(yùn)用陽(yáng)極氧化法制備納米TiO2陣列管，其最佳氧化時(shí)間為1h，隨時(shí)間的增加，光電催化性能降低，根據(jù)生長(zhǎng)機(jī)理的分析，在納米管的生長(zhǎng)和腐蝕達(dá)到平衡前，納米管的生長(zhǎng)是會(huì)隨著時(shí)間不斷增長(zhǎng)的，光電催化性能相應(yīng)提升，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，腐蝕速率大于生長(zhǎng)速率，會(huì)導(dǎo)致光催化性能降低。在圖317中可看出，樣品中含有C、O、Ti、Ba、Na、%、%、%、%、%、%，明顯看出C、O的含量有所增加，證明檸檬酸（一水）成功摻入，Na、Cl的含量很低，可能是操作過(guò)程中使用的儀器不小心粘有的雜質(zhì)。（一水）。圖313 摻雜濃度X射線衍射儀測(cè)試圖 ★ ★ Anatase ◆ Rutile ▲ ▲ Ti ★ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ◆ ▲ ★ ★ ▲圖314 由圖313分析得知：檸檬酸（一水）濃度對(duì)納米TiO2陣列管的晶型無(wú)明顯影響，出峰位置幾乎一致。圖311 摻雜濃度電化學(xué)工作站測(cè)試圖由圖311分析，在摻入檸檬酸（一水），也就是能最大程度提高空白樣品的光電催化性能；相反，當(dāng)濃度增加或降低，光電催化性能都有不同程度的降低；且檸檬酸（一水），突變性最好，即電荷轉(zhuǎn)移特性好。（一水）摻入濃度的討論，檸檬酸（一水）能提高納米TiO2陣列管的光電催化活性，但是具體加入多少檸檬酸（一水）能最大程度的提高納米TiO2陣列管的催化活性還有待討論。圖39