TiO-,2-納米管和納米管陣列的制備、形貌及機(jī)理研究.pdf

1、鑒于TiO2納米管優(yōu)異的光電、催化、氣敏等性能及在太陽(yáng)能電池、光催化、環(huán)境治理、氣體敏感器等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用價(jià)值，對(duì)其制備技術(shù)和應(yīng)用研究已成為多學(xué)科研究的熱點(diǎn)。TiO2納米管陣列作為一種新型的納米TiO2材料，由于獨(dú)特的有序結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能，引起了人們的極大關(guān)注。 本文主要研究了TiO2納米管及TiO2納米管陣列的制備方法、形貌和形成機(jī)理。首次采用可控醇鹽水解沉淀法制備出了純凈、細(xì)小的納米TiO2粉體，以此為前驅(qū)體，在不同堿性環(huán)境

2、(KOH、NaOH)中，通過(guò)水熱法制備出了形貌較好、中空、管端開(kāi)口的TiO2納米管；在酸性、中性和有機(jī)電解液中，有效控制電解液濃度和氧化時(shí)間，利用電化學(xué)陽(yáng)極氧化法制備出了形態(tài)各異的排列整齊的納米管陣列和納米棒陣列。 論文所做的主要工作分述如下： 1、以鈦酸丁酯為原料，采用可控醇鹽水解沉淀法制得TiO2前驅(qū)體，450℃恒溫煅燒2h后制備出粒徑約10nm的納米TiO2粉體。結(jié)果表明，可控醇鹽水解沉淀法可制得無(wú)雜質(zhì)離子、高純度

3、、粒徑小且分布范圍窄的納米TiO2粉體，工藝簡(jiǎn)單，流程最短。 2、采用水熱法，以上述合成的銳鈦礦型TiO2粉體作為前驅(qū)體，詳細(xì)研究了堿液種類、濃度、反應(yīng)溫度和時(shí)間及酸洗過(guò)程對(duì)水熱制備出的TiO2納米管形貌的影響。結(jié)果表明，以銳鈦礦型TiO2粉體為前驅(qū)體，與10mol/L的NaOH溶液在120℃下水熱處理48h后，對(duì)產(chǎn)物用0.1mol/L HCl溶液進(jìn)行酸洗并干燥，可以得到外徑5～7nm、壁厚1nm左右、長(zhǎng)200～300nm，形貌

4、較好，呈中空，管端開(kāi)口的TiO2納米管。堿液為10mol/L的KOH溶液時(shí)，要得到相同相貌的TiO2納米管需要更高的溫度(140℃)。結(jié)果表明，一價(jià)強(qiáng)堿溶液均可作為水熱反應(yīng)介質(zhì)制備TiO2納米管，而且具有相同的作用機(jī)理，即TiO2納米顆粒在一價(jià)強(qiáng)堿作用下先形成片狀物，隨后卷曲而成納米管，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，通過(guò)溶解—吸收機(jī)理，納米管長(zhǎng)度逐漸增加。但是，不同種類堿金屬離子的場(chǎng)強(qiáng)不同，對(duì)片層結(jié)構(gòu)的約束能力不同，導(dǎo)致片到管的轉(zhuǎn)變溫度不同。與K

5、+相比，H3O+更容易交換出Na+，NaOH水熱條件下納米管形成溫度更低。 3、采用電化學(xué)陽(yáng)極氧化法在純鈦片表面制備出了結(jié)構(gòu)整齊有序的TiO2納米管陣列，同時(shí)研究了電解液的種類、濃度以及氧化時(shí)間對(duì)TiO2納米管陣列形貌的影響，并對(duì)不同電解液中TiO2納米管陣列的形成機(jī)理進(jìn)行了初步探討。結(jié)果表明，在不同濃度的HF酸電解液中均可制備出規(guī)則、均勻的TiO2納米管陣列，管徑均勻，表面平整，但是納米管的長(zhǎng)度均較短，約為300～350nm。

6、有趣的是，在高濃度HF電解液中，同時(shí)獲得了規(guī)則的納米管陣列和納米棒陣列。在0.5wt％NaF和1mol/L Na2SO4中性電解液中也可以制備出表面光潔、排列整齊有序的TiO2納米管陣列，納米管長(zhǎng)度明顯長(zhǎng)于HF酸電解液中獲得的納米管陣列，達(dá)到了700nm，但是陣列的表面平整度較差。在乙二醇+0.6％NH4F(w)+2％H2O(v)有機(jī)電解液體系中可以制得超長(zhǎng)的TiO2納米管陣列，管徑在150nm左右，管長(zhǎng)可達(dá)6μm。但是由于乙二醇的存在