陽極氧化法制備納米二氧化鈦陣列管畢業論文-全文預覽

　　

【正文】 改性前后紫外分光光度計測試圖 從圖39可以看出，摻入檸檬酸（一水）制備的樣品依舊400nm附近呈現一個峰值，顯示出典型的寬帶隙半導體TiO2的吸收特征。與30℃、40V恒溫恒壓下陽極氧化1h，500℃下煅燒3h的空白樣品作比較。綜合圖34，圖35，圖36，1h為最佳氧化時間。但能夠明顯看出，陽極氧化時間為1h的樣品的光催化性能最好，隨時間的增加，光催化性能降低，根據生長機理的分析，在納米管的生長和腐蝕達到平衡前，納米管的生長是會隨著時間不斷增長的，光催化性能相應提升，隨著反應時間的增加，腐蝕速率大于生長速率，會導致光催化性能降低。同樣需要對樣品進行測定分析，找到最佳氧化時間。 在 Ti 箔陽極氧化反應的開始階段，隨著陽極氧化時間的增加，TiO2納米管逐漸加長，直到 Ti 的氧化和TiO2的溶解達到平衡以后，TiO2納米管長度不再發生變化。結合圖3圖32，圖33，40V電壓下制備的樣品對光的吸收最強，20V電壓下制備的樣品，在紫外區間吸收最強。圖 32 不同氧化電壓紫外分光光度計測試圖 圖32為樣品在紫外可見光區的光反射光譜圖，反射率越低，則吸收率越強，由圖可知在水浴鍋30℃恒溫條件下反應2h，不同反應電壓下通過陽極氧化法制備出的納米TiO2陣列管樣品都在400nm附近呈現一個峰值，顯出了典型的寬帶隙半導體TiO2的吸收特征。圖 31 不同氧化電壓電化學工作站測試圖 由圖31電流時間曲線可以看出，在水浴鍋30℃恒溫條件下反應2h，不同反應電壓下通過陽極氧化法制備出的納米TiO2陣列管的光電催化性能不同，在無光照時所有樣品的電流值保持在零附近。最后打開直流電源，反應2h即可。，找到樣品光電催化性能最佳時的改性條件。 ：納米TiO2陣列管 ：鉑絲 ：飽和甘汞電極 ：01V ：30s無光，30s有光交替 ：氙燈 ：5A ： Na2SO4 X射線衍射儀測試條件 ：步進掃描 ：θsθd聯動 ：Cu ：2080176。反應裝置見圖21，A為陽極鈦片，C為陰極石墨電極，R為電化學反應池，E為直流穩壓電源。將石墨電極與直流電源的負極相連，鈦片與直流電流的正極相連，設置直流電源的輸出電壓（20V、30V、40V、50V、60V）。量取4ml去離子水及 ，混合均勻至氟化銨完全溶解。第二章 實驗部分實驗中使用儀器總結如下表21。采用陽極氧化法制備二氧化鈦納米管的方法工藝簡單，成本低廉，環境污染小。因此鈦及鈦合金作為醫用植入材料，其表面物理化學性能顯得尤為重要[27]。H2O)，即鈦酸或稱鈦凝膠。鈦及其合金是重要的醫用支架材料。 納米管還可用于傳感器材料的制備當中，用于檢測HCO、O2等，比較常用的是作為汽車尾氣傳感器。氧化鈦納米管陣列的獨特的性質使其又可以作為良好的光催化劑來光降解有機污染物。 染料敏化電池一直是近幾年來的研究熱點，但TiO2總體禁帶寬度大，光利用效率低的缺陷一定程度上還是制約著其工業化的應用。自1972年Fujisbima等實現以TiO2半導體電極分解水制氫以來，光電催化制氫在理論及應用上都取得了極大的發展。用CHI760E型電化學分析儀(上海辰華儀器有限公司)進行光電流時間數據采集。 光電性能測試采用三電極電解池進行，工作電極為TiO2納米管陣列薄膜，對電極為Pt絲，飽和甘汞電極為參比電極。 晶體可以作為 X 射線的空間衍射光柵，即當一束 X 射線通過晶體時將發生衍射，衍射波疊加的結果使射線的強度在某些方向上加強，在其他方向上減弱。 X射線粉末衍射 X 射線粉末衍射（XRay Diffraction，XRD）是分析物質組成結構的常用工具，可以做定性、定量分析。這些電子信號被相應的檢測器檢測，經過放大、轉換，被送到顯像管的柵極上并在熒光屏上成像，這些圖像可以反映樣品表面的形貌特征。 TiO2 + 6F + 4H+ → TiF62 + 2H2O (12)(3) 第三階段：在整個電化學過程中，氧化物/金屬界面推進速度和管口頂端溶解速率相對平衡時，納米管生長就進入穩定生長階段。用此方法制備TiO2納米管陣列薄膜，TiO2納米管可以很好的附著在Ti基底上且管具有高度有序的取向結構,有利于載流子的定向傳輸。 液相沉積法是近年來一種比較新穎的濕化學工藝，液相沉積模板法可用來制備TiO2納米管陣列，應用此法制備TiO2納米管陣列只需在適當反應液中浸入基片或載體，基片或載體就會沉積出氧化物或者氫氧化物的均勻致密薄膜，成膜過程操作簡單，并且不需要昂貴的設備。現在普遍認為以TiO2為原料經強堿水熱法制備的具有一維納米結構的產物是鈦酸鹽納米管。 水熱法所謂水熱合成法，它是通過加熱產生一個高溫高壓的環境，然后在高溫高壓反應容器中使的難溶或不溶的物質溶解度增加，從而溶解并且重結晶。 溶膠凝膠法是制備納米TiO2及其摻雜材料最常用的方法，所得產品純度高、質量好、便于涂覆在各種載體上形成負載型催化體系。 此方法優點在于可以通過調節模板的孔形態,而得到從微米到納米的多種尺寸材料。通過合成適宜尺寸和結構的模板為主體，利用物理或化學方法向其中填充各種金屬、非金屬或半導體材料。這種新穎的TiO2納米管陣列材料具有許多獨特的性能，在光催化、光解水制氫、氣敏傳感器、生物材料等領域已顯示了巨大的應用前景。 納米TiO2陣列管制備的發展概況TiO2納米管的制備開始于1996年， Hoyer等[10]第一次采用多孔陽極氧化鋁模板法制備了納米TiO2陣列管；1998 年，Kasuga 等[11]用水熱法制備了納米TiO2陣列管；1999年，Zwilling等[1213]報道了在較低電壓下在金屬欽表面上通過陽極氧化制備得一層TiO2多孔薄膜的研究，為制備新型管狀結構的納米TiO2提供了新的途徑。二氧化鈦作為一種無機光敏半導體材料，在眾多過渡金屬氧化物中，因其具有無毒害、成本低、易制備、無污染、化學穩定性好、物理性能等優點逐漸受到越來越多的研究者的青睞，近年，各種TiO2材料相繼問世，如納米線、納米管、納米棒、納米帶等。納米材料和納米結構的應用將對如何調整國民經濟支柱產業的布局、設計新產品、形成新的產業及改造傳統產業注入高科技含量提供新的機遇。新材料的創新，以及在此基礎上誘發的新技術。 photoelectrocatalysis。結果表明電化學陽極氧化法制得的TiO2納米管陣列膜具有優異的光電催化性能，大的比表面積和適度的管長以及高度結晶的銳鈦礦相是影響催化活性的三個重要因素。畢業論文陽極氧化法制備納米二氧化鈦陣列管陽極氧化法制備納米二氧化鈦陣列管摘 要二氧化鈦納米管陣列(TiO2NTs)作為光催化材料受到了廣泛的關注，因為其特殊的管狀結構和大的比表面積，能夠提供更多的反應活性位和電荷遷移和轉換的通道，使得光催化效果顯著提高。基于此，本文致力于TiO2納米管陣列的制備與表面修飾改性，以期得到可見光響應的半導體材料,研究的主要內容和結果如下：首先，以陽極氧化法制備TiO2NTs，通過控制工藝條件，如氧化電壓、生長時間和煅燒溫度等對TiO2NTs結構進行調控，并討論其表面結構、管長和結晶狀況對TiO2NTs光電催化的性能影響。 anodization。在高速發展的21世紀，信息、生物技術、能源、環境、先進制造技術和國防等的發展必然對材料提出新的需求，元件的小型化、智能化、高集成、高密度存儲和超快傳輸等對材料的尺寸要求越來越小；航空航天、新型軍事裝備及先進制造技術等對材料性能要求越來越高。正像美國科學家估計的“這種人們肉眼看不見的極微小的物質很可能給予各個領域帶來一場革命”。在納米領域發現新現象，認識新規律，提出新概念，建立新理論，為構筑納米材料科學體系新框架奠定基礎，也將極大豐富納米物理和納米化學等新領域的研究內涵。陽極氧化法，自從Grimes等首次報道了采用陽極氧化法制備陽極氧化鋁以來[9]，其制備工藝簡單，形貌尺寸可控，使陽極氧化法成為電解制備多孔金屬氧化物的首選方法，可通過改變電解質的種類、酸堿度，電解液的溫度，粘度，金屬Ti電極的純度、工作電壓、氧化時間、煅燒溫度等關鍵的實驗參數，制備出具備不同壁厚、管長、管徑的納米TiO2陣列管[7]。同時，TiO2納米管陣列具有很好的有序結構和較低的團聚，具有很高的量子效應。 常見納米TiO2陣列管的制備方法 模板法模板合成法是把納米結構基元組裝到模板孔洞中而形成納米管或納米絲的方法。目前在模板合成法制備TiO2納米管過程中，常采用納米陣列孔洞厚膜（如氧化鋁模板）、有機聚合物或表面活性劑作模板，然后通過電化學沉積法、溶膠凝膠法等技術來獲得TiO2納米管。且后期的處理會對納米管造成破壞。Yang等[16]以鈦酸四丁酯為鈦源，陽極氧化鋁為模板，采用溶膠凝膠法在反應物比例為n(Ti4+):n(乙醇）：n(醋酸）=1:20:1的情況下，制備出壁厚約為60nm的TiO2納米管。在5~10Mol/L的NaOH，110℃的水熱條件下處理20小時，然后用鹽酸中和，蒸餾水清洗制得TiO2納米管，所得的納米管內徑為5nm，外徑為8nm，長約100nm。水熱合成法的缺點主要是制備出的TiO2納米管的特征很大程度上需要受到TiO2顆粒的尺寸和晶相的影響。 陽極氧化法陽極氧化法[1720]是將表面具有導電性能的材料置于電解質溶液中，在電流及電解液共同作用下，材料表面形成氧化膜的方法。在開始階段,扇形孔洞間存在一些未被氧化的鈦，隨著孔洞的變大，孔間金屬周圍電場強度變大，在電場作用下氧化層的生長和溶解速率都變快，逐漸在孔間金屬上形成新的電化學腐燭點，并最