二氧化鈦納米管陣列的制備、改性、表征及光催化性能的研究.pdf

1、半導(dǎo)體光催化技術(shù)在利用太陽(yáng)能和解決環(huán)境污染方面具有廣泛的應(yīng)用前景。在眾多的氧化物半導(dǎo)體光催化材料中， TiO2可表現(xiàn)出在光照下的強(qiáng)氧化性、無毒和長(zhǎng)期穩(wěn)定性等在凈化環(huán)境方面的誘人特性。但是，TiO2光催化材料的光生電子-空穴對(duì)復(fù)合幾率較高、銳鈦礦型TiO2對(duì)太陽(yáng)光的利用率低等技術(shù)問題又嚴(yán)重阻礙TiO2光催化材料的工業(yè)化應(yīng)用。近十幾年來，世界各國(guó)的科技工作者一直在努力探索多種制備方法和改性技術(shù)，以期提高TiO2光催化效率和對(duì)太陽(yáng)光的利用率。

2、 本工作側(cè)重發(fā)展電化學(xué)陽(yáng)極氧化技術(shù)，在鈦金屬基體表面制備一層具有特殊納米結(jié)構(gòu)的TiO2納米管陣列膜。利用SEM、XRD、Raman、UV-Vis漫反射譜、EIS和光電流譜等表征方法系統(tǒng)地研究了電化學(xué)陽(yáng)極電壓、氧化時(shí)間、溶液攪拌和電解液組成等制備參數(shù)對(duì)納米管膜層表面形貌和組成成分的影響，并對(duì)其光電性能及在光催化領(lǐng)域的可能應(yīng)用進(jìn)行探討。通過TiO2納米管陣列膜對(duì)甲基橙水溶液的光催化降解，詳細(xì)研究TiO2納米管陣列膜的晶型、幾何結(jié)構(gòu)與

3、其光催化活性的關(guān)系；并采用濕法摻雜對(duì)TiO2納米管陣列膜進(jìn)行改性，有效地提高其光催化性能，為高活性的TiO2納米管陣列膜的實(shí)際應(yīng)用提供理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)支撐。主要的研究進(jìn)展及成果如下： 1.發(fā)展了含有丙三醇的新型含氟電解液體系，使得陽(yáng)極氧化的電壓范圍拓寬為5～33V，制得的TiO2納米管陣列膜層厚度可達(dá)微米級(jí)，納米管的管徑大小在20～150nm之間。發(fā)現(xiàn)陽(yáng)極電壓、氧化時(shí)間和電解液體系中丙三醇的含量與納米管陣列的形成和幾何構(gòu)型之間的關(guān)

4、系，并探討和分析各個(gè)因素影響納米管陣列生長(zhǎng)的機(jī)制。通過調(diào)節(jié)制備參數(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)TiO2納米管陣列尺度和形貌的可控制備。 2.研究了TiO2納米管陣列膜的光電性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)納米管陣列膜光催化降解水溶液中甲基橙的光電化學(xué)反應(yīng)只有一個(gè)速率控制步驟，即電荷傳遞過程；且TiO2納米管陣列膜的光電響應(yīng)明顯優(yōu)于溶膠.凝膠法制備的TiO2納米顆粒膜，并隨膜層增厚，光電流值增大，這表明TiO2納米管陣列膜具有更加優(yōu)異的光催化性能。 3.以甲基橙為

5、模擬污染物，研究了具有高比表面積的TiO2納米管陣列膜的光催化性能。發(fā)現(xiàn)TiO2納米管的特殊陣列結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)異的光催化性能，能迅速破壞甲基橙有機(jī)大分子結(jié)構(gòu)，并完全降解為無機(jī)小分子，且其光催化效率明顯高于用溶膠-凝膠法制備的TiO2納米顆粒膜。側(cè)重考察納米管陣列的幾何構(gòu)型和熱處理溫度對(duì)其光催化降解性能的影響，結(jié)果表明，經(jīng)500℃熱處理，厚度為2.5μm的TiO2納米管陣列膜具有較高的光催化活性。 4.采用NH3·H2O直接浸漬方