阳极氧化法制备二氧化钛纳米管

3.2 多次氧化对二氧化钛纳米管形貌的影响
在0.5wt% NH4F、 0.5wt% 水 的乙二醇电 解液中，控 制电压60 v， 二次阳极氧 化6h，制得 TiO2纳米管 阵列膜的 SEM 图。
在0.5wt% NH4F、0.5wt% 水的乙二醇电解液中，控制电压 60 v，三次阳极氧化5 h，制得TiO2纳米管阵列膜SEM 图
❖ 初始反应电流较高，在很短一段时间内下降很 快，下降趋势随反应时间逐渐减小，最终趋于 稳定。
❖ 阳极钛箔表面生成淡黄色氧化膜。
样品表征
采用高倍电子扫描电镜(SEM)对TiO2纳米 管阵列的形貌进行表征，用X射线衍射仪 (XRD)测定TiO2纳米管的晶体结构。
第三章 实验结果与讨论
3.1 二氧化钛纳米管 阵列膜形貌表征
Weight % Weight % Atom % Error
1.97 39.18 58.85 100.00
+/- 0.69 +/- 2.37 +/- 1.09
4.26 63.76 31.98 100.00
Atom % Error
+/- 1.50 +/- 3.86 +/- 0.59
在含0.3wt%NH4F和2vol%水的乙二醇电解液、控制氧化电压60 v、氧化时间 4 h时所得TiO2纳米管阵列膜的SEM
1.3 二氧化钛纳米管的形成机理
Y．Q．Wang等人提出3D—2D—1D的模型：首 先，未处理的锐钛矿相TiO2粉末是三维晶体，与浓 NaOH水溶液反应后形成薄片状。薄片状的TiO2聚积 了足够的能量后，使得该二维结构出现不稳定，接 着开始一层接一层地卷曲成为管状，最后形成TiO2 纳米管。
Gong等认为在阳极氧化法制备TiO2纳米管的过 程主要有两个：一是电场辅助钛片阳极氧化过程； 二是电场辅助金属氧化物的溶解过程
阳极氧化蚀刻法与水热合成法制备的TiO2 纳管参数的比较
反应原料
阳极氧化法 含F - 电解液、高纯钛板
水热合成法 金红石TiO2 纳米颗粒
反应特点
酸式或中式反应,条件温和 碱式反应,高压
Leabharlann Baidu
晶型
纳米管特点
长度 壁厚 管径
混晶型,管壁为锐钛矿型, 阻 主要为锐钛矿型 隔层为金红石型
纳米管一端开口、排列有序、 散乱无序、两端开口、多
第四章 结束语
本文首先主要介绍了纳米二氧化钛材料， 二氧化钛纳米管不同的制备方法和形成机理， 并分析了阳极氧化法制备二氧化钛纳米管相 比其他方法的优越性和可行性，以及二氧化 钛纳米管的应用前景。
介绍了在在乙二醇、氟化铵的混合溶液中
采用阳极氧化法在用化学处理后的纯钛片表 面生成了一层结构高度有序的高密度TiO2纳 米管阵列。并根据所得试样SEM和XRD图像 分析阳极氧化电压、反应时间、电解液组成 等因素对TiO2纳米管阵列形貌和尺寸的影响, 探讨了多次阳极氧化对纳米管形貌的改善。 探讨了二氧化钛纳米管晶型并分析了阳极氧 化法中二氧化钛纳米管的生长机理。
3.6 二氧化钛纳米管晶型分析
300右，图40为0，膜4厚50为，2500~02，5μ5m50T和iO620纳0℃米管6个阵不列同分的别温在度 下热处理2 h后的X射线衍射图。
3.7 二氧化钛纳米管生成机理
二氧化钛纳米管生长行为和构造图
有关化学反应如下:
❖ Ti →Ti4+ + 4e❖ Ti4+ + 2H2O → TiO2 + 4H+ ❖ 2H2O → O2-+4e- + 4H+ ❖ TiO2+ 6F- + H+ → TiF62- + 2H2O
1.4 二氧化钛纳米管的制备
目前, 制备TiO2纳米管的方法主要有模板法、 水热合成法以及阳极氧化法。
1.4.1 模板法
这种方法得到的纳米管的内径一般较大， 并受模板形貌的限制，而且制备过程及工艺复 杂，更多的研究人员倾向于采用化学处理法。
1.4.2 水热法 水热合成法制备的TiO2纳米管杂乱无序，长
TiO2纳米管的研究虽然受到了人们的广泛关 注，国内外关于研究TiO2纳米管的制备技术都 已取得重大进展，逐渐趋于成熟，但仍有一些 问题需要解决。
第二章 阳极氧化法制备二氧化钛纳米 管阵列
阳极氧化法制备二氧化钛纳米管试验装置图
样品制备过程中的现象
❖ 实验初始阶段能明显看到电极有气体产生，为 细小气泡。随反应时间无变化。
结论：阳极氧化时间是决定纳米管长度的一个重 要参数，在一定时间内二氧化钛纳米管长度随时间增 加。
3.5 有机电解液对二氧化钛纳米管形貌的影响
2001年Gong和其同事最早的报告，第一 代阳极氧化中使用氟化氢电解质制备的二氧 化钛纳米管阵列可增加到长度约500纳米。通 过控制阳极氧化电解液pH值减少了阳极氧化 二氧化钛化学溶解，二氧化钛纳米管的长度 后来增加到7微米，之后,许多种有机电解液 都被用于制备TiO2 纳米管, 得到的管长更达 到360μm。本试验中在氟化铵的乙二醇电解 液中制得的高度有序二氧化钛纳米管阵列长 度达到43微米。
从顶面俯视图，侧面扫描图可以看出，相比一次 氧化与二次氧化SEM图，多次氧化所得纳米管阵列膜 孔径分布更为均一，规整性有显著提高。结论：通过 多次氧化可以提高所得纳米管阵列的规整性，制备出 更为均匀规整性能优良的纳米管阵列。
3.3 阳极氧化电压对二氧化钛纳米管形貌的影 响
我们观察到阳极氧化电压的提高导致二氧 化钛纳米管直径的增加，而降低阳极氧化电 位结果导致短小的二氧化钛纳米管和较小的 纳米管直径。
二氧化钛纳米管是TiO2的存在形式之一，由于 其具有高比表面积、高深宽比和尺寸依赖效应等特 性，在很多领域有很大的应用前景
1.2.二氧化钛纳米管的结构、性能
纳米材料：纳米级结构材料简称为纳米材料 (nonmaterial)，是指其结构单元的尺寸介于 1纳米～100纳米范围之间纳米材料。
一维纳米材料：一维纳米材料是指在两维方向 上为纳米尺度，长度为宏观尺度的新型纳米 材料。如纳米棒、纳米线、半导体纳米量子 线、纳米线阵列等。
阳极氧化法制备二氧化钛纳米管
技术物理学院050511班 姓名：赵洪涛 学号：05051033 指导老师：贾巧英
目录
❖ 第一章 绪论 ❖ 第二章 阳极氧化法制备二氧化钛纳米管阵列 ❖ 第三章 实验结果与讨论 ❖ 第四章 结束语
第一章 绪论
1.1 引言
二氧化钛(TiO2 ) 作为一种重要的无机功能材料， 具光敏、湿敏、气敏、光电等优越的性能.
右图为室温下，经电 化学抛光处理的纯钛箔在 含水0的.3乙w二t%醇NH电4解F和液2、vo控l%制 氧化电压60 v、氧化时间 4 h时所得薄膜组分测试 结果，O和Ti摩尔比为 1.994：1。可以肯定：阳 极钛箔上所生成淡黄色薄 膜样品为TiO2。
Element Line
CK OK Ti K Total
单层
层
约500 nm 或几个微米
约300 nm
约20 nm 10～150 nm
≤1 nm 8～50 nm
1.5 二氧化钛纳米管应用前景
TiO2纳米管因其所具有的优异的光电、催 化、传感学性能，使其在光催化、微电子微 生物模拟、传感器材料等领域得到广泛的应 用。
传感器 光催化剂 电池 光催化剂载体
1.6 本章小结
谢谢！
度、壁厚、管层数难控，构效关系难以建立。
1.4.3阳极氧 化法
右图为印度科学 家Maggie Paulose,采用阳 极氧化法制得的 长度达到134μm 长的二氧化钛纳 米管阵列
电化学阳极氧化法是通过对电解液中
的金属板施加外电压而实现特定结构的 有序生长, TiO2纳米管阵列生成就是对 含有F- 电解液中的高纯金属钛板施加稳 压电压而实现的，电解液的组成、pH、 负载外电压、温度、蚀刻时间均影响 TiO2纳米管的形貌和性质。
结论：阳极氧化电压是影响TiO2纳米管形 成和生长过程的一个最为重要的因素，通过 调节电压参数可实现对TiO2纳米管管径大小 的控制。
3.4 反应时间对二氧化钛纳米管形貌的影响
上图分别为60V电压下阳极氧化4 h、5 h、6 h获 得二氧化钛纳米管阵列膜截面SEM图片，可以看出， 氧化4 h、5 h、6 h所得纳米管长度分别为25μm、 27μm、43μm。