微納結(jié)構(gòu)TiO2納米管基異質(zhì)結(jié)的制備、光催化及生物活性.pdf

1、環(huán)境污染和身體健康是當(dāng)今社會(huì)人類(lèi)發(fā)展面臨的兩個(gè)重大問(wèn)題。陽(yáng)極氧化TiO2納米管作為T(mén)iO2的一種特殊一維形貌，具有比表面積大、納米管定向排列高度有序、電子傳輸快和良好的固載性等優(yōu)點(diǎn)，特別適合用作光觸媒材料來(lái)降解環(huán)境中的有機(jī)無(wú)機(jī)污染物。然而受限于TiO2半導(dǎo)體成分固有的兩個(gè)缺陷:禁帶寬度大(3.0～3.2eV)和量子效率低，TiO2納米管陣列作為光觸媒與實(shí)際工業(yè)應(yīng)用要求仍舊存在一定的差距。
　　同時(shí)，TiO2作為鈦及鈦合金植入體表面

2、實(shí)際的有效成分，其優(yōu)異的生物相容性已有大量研究報(bào)道。TiO2納米管作為生物活性涂層能夠加快表面類(lèi)骨羥基磷灰石的沉積，而其中空的管狀結(jié)構(gòu)所帶來(lái)的大表面積和藥物負(fù)載能力使其能夠增加表面蛋白的吸附量，并可通過(guò)緩慢釋放負(fù)載藥物以達(dá)到特定的治療效果。
　　本論文主要是對(duì)TiO2納米管陣列在光催化和生物醫(yī)學(xué)方面的潛在應(yīng)用進(jìn)行初步探索，通過(guò)對(duì)TiO2納米管陣列形貌和成分進(jìn)行改性，理解光催化和生物活性增強(qiáng)的原理，為T(mén)iO2納米管陣列在光催化降解污

3、染物和生物材料方面的應(yīng)用提供理論與實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。本論文的主要工作及結(jié)論有以下幾點(diǎn):
　　1、利用兩次陽(yáng)極氧化和水熱合成制備了TiO2沿[001]晶帶方向擇優(yōu)生長(zhǎng)的高度有序SrTiO3/TiO2異質(zhì)結(jié)納米管(SrT)。通過(guò)改變水熱時(shí)間調(diào)節(jié)異質(zhì)結(jié)中SrTiO3和TiO2的比例。SrTiO3和TiO2在[001]方向高度的晶格匹配是TiO2沿SrTiO3(001)晶面外延生長(zhǎng)形成TiO2(001)優(yōu)勢(shì)晶面族的主要原因。與單獨(dú)TiO2納米管相

4、比，SrTiO3/TiO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)主要通過(guò)光生載流子的定向轉(zhuǎn)移抑制電子-空穴復(fù)合，并降低費(fèi)米能級(jí)，從而提高光電性能。
　　2、以酸腐蝕形成的三維微米多孔鈦為基底，制備了微納結(jié)構(gòu)SrTiO3/TiO2異質(zhì)結(jié)納米管(MNST)。三維微米多孔結(jié)構(gòu)能夠有效地增大材料的比表面積，增強(qiáng)光吸收能力并提供更多活性位點(diǎn)。三維微米多孔結(jié)構(gòu)和SrTiO3/TiO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)協(xié)同增強(qiáng)了MNST的光催化活性。同時(shí)，得益于MNST的三維微納結(jié)構(gòu)和SrTiO3成

5、分，MNST能夠促進(jìn)鈣磷鹽在表面的沉積并提高蛋白質(zhì)的吸附量，展現(xiàn)出優(yōu)異的生物學(xué)活性。
　　3、在酸腐形成的三維微米多孔鈦基底上，得到了微納結(jié)構(gòu)CaTiO3/TiO2復(fù)合材料(MNCT)。這種三維微納多孔結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了更多的活性位點(diǎn)，更有利于CaP鹽沉積、蛋白吸附和細(xì)胞黏附生長(zhǎng)。同時(shí)，CaTiO3中Ca2+的釋放造成材料表面局部Ca2+濃度的提高，有效加快礦化液中PO43-和Ca2+離子的富集，提高礦化初期CaP鹽的沉積速度。含Ca的表

6、面，蛋白質(zhì)和細(xì)胞更容易吸附，并且吸附的細(xì)胞具有更好的活性。
　　4、陽(yáng)極氧化原位摻雜得到了Mo摻雜TiO2納米管陣列(Mo-TNTs)，通過(guò)改變電解液中Na2MO4的添加量，調(diào)節(jié)Mo的摻雜量。Mo6+進(jìn)入TiO2晶格內(nèi)替代Ti針位置，并在TiO2導(dǎo)帶下方形成摻雜能級(jí)。摻雜能級(jí)有效地將Mo-TNTs光譜響應(yīng)擴(kuò)展至可見(jiàn)光區(qū)，摻雜的Mo6+表現(xiàn)為電子的淺勢(shì)捕獲阱，并抑制光生載流子的復(fù)合。Mo-TNTs展現(xiàn)出改進(jìn)的可見(jiàn)光催化活性和優(yōu)異的重