tio2纳米管阵列的制备、改性及其应用的研究

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1、工程硕士学位论文摘要2001年，Grimes研究组首先利用电化学阳极氧化法制备出了自组装并且高度有序的Ti02纳米管阵列(TNTAs)。此后，阳极氧化法制备的TNTAs由于其独特的化学和物理性能，如高度有序的结构、良好的机械和化学稳定性、高的比表面积和优异的耐腐蚀性能而被广泛应用于环境净化、太阳能电池、光催化裂解水和气敏传感器等方面。然而，Ti02低的可见光利用率和高的光生电子．空穴对的复合率极大的限制了它的实际应用。目前，对TNTAs修饰改性的方法主要有半导体复合、元素掺杂和贵金属负载等方法。本文首先利用水热法将半导体SrTi03

2、和TNTAs进行复合有效的提高了TNTAs的光电化学性能，然后再将Cr元素掺杂进入SrTi03／TNTAs复合材料中成功将TNTAs的光响应范围拓展到了可见光区，提高了太阳光利用率。此外，利用溶剂热法制各了Ag纳米颗粒均匀负载的Ti02纳米管阵列复合材料，利用贵金属Ag的SPR效应使Ti02纳米管阵列的光吸收范围扩展到了可见光区，极大的提高了光电化学性能和对太阳光的利用率，文中具体研究内容如下：(1)SrTi03纳米球复合修饰Ti02纳米管阵列，文中采用简单易操作的水热法将Ti02纳米管阵列置入含有Sr(OH)2和NaOH的水热反应

3、釜中，加热处理反应若干小时即得到顶端负载SrTi03纳米球的TNTAs。负载的SrTi03纳米球的数量和位置可以通过调节反应参数来合理的定制。对SrTi03纳米球／TNTAs复合材料在全光下的光电化学性能进行了研究，结果表明除过8h水热处理的样品，0．5h．2h水热处理的样品均表现出比纯TNTAs高的光电转换效率。讨论并研究了比传统制备SrTi03／TNTAs纳米复合材料具有更高光电转换效率的SrTi03／TNTAs复合材料的最优合成条件，发现0．5h水热处理的样品表现出了最佳的光电转换效率和光催化性能。此外，发现SrTi03／TN

4、TAs复合材料在单色光368nm处的光电流密度要高于其在355nm下的光电流密度。(2)可见光响应的Cr掺杂SrTi03／TNTAs复合材料，在用有机体系阳极氧化法制备了具有较长的管长和光滑管壁的TNTAs的基础上，将其加入含有Sr(OH)2和Cr(N03)3的反应液中原位水热处理一步即可得到Cr掺杂的SrTi03／TNTAs复合材料，并且它们的结构和组成可以通过控制反应的时间来合理调节。结合XRD、XPS和HAADF．STEM等分析表征手段，证明了Cr确实掺杂进入了SrTi03中。对不同组成的Cr掺杂SrTi03／TNTAs复合材

5、料的光电工程硕士学位论文性能进行研究表明，发现适当比例的掺杂可以有效提高复合材料的光电和光催化性能，并最大的提高它的可见光利用率。(3)Ag纳米颗粒修饰Ti02纳米管阵列，文中采用改性的溶剂热法在成功的将Ag纳米颗粒负载在了TNTAs的表面和内外管壁上，并且可以通过控制溶剂热反应的条件来合理定制负载的Ag纳米颗粒的尺寸。对负载Ag纳米颗粒后的TNTAs进行可见光下的光电流响应和光催化降解罗丹明B实验，结果表明随着负载的Ag纳米颗粒尺寸的增大，其在可见光区的光电流存在一个极值，Ag纳米颗粒尺寸为30±6nm的Ag／TNTAs纳米复合材

6、料，在可见光下表现出了最高的光电流密度，为771上A／cm2，此后我们对其在全光下的光电流和光催化性能的研究也表现出高的性能。主要是由于这种尺寸的Ag纳米颗粒和TNTAs之间达到了最佳的协同作用，而较小的Ag纳米颗粒和较大的Ag纳米颗粒的负载都会导致Ag／TNTAs纳米复合材料光电性能的降低。关键词：Ti02纳米管阵列；SrTi03纳米球；Cr掺杂；Ag纳米颗粒：光电流；光催化工程硕士学位论文ABSTRACTIn2001，Grimeseta1．havefirstlyfabricatedseIf-organizedandhighlyo

7、rderedTi02nanotubearrays(TNTAs)byanodizingTiindilutefluorideelectrolytes．Thereafter，TNTAshavebeenwidelyusedinenvironmentalpurification，solarcells，photocatalyticwatersplitting，andgassensorduetotheirinterestingchemicalandphysicalproperties，includinghighlyorderedstructure

8、，goodmechanicalandchemicalstability，high—specificsurfaceareaandexcellentcorrosionresistance．However，theirlowvisibleli