无基底透明二氧化钛纳米管阵列薄膜的制备
阳极氧化TiO2纳米管阵列的制备及其光电化学特性研究
Ｖｏ ． Ｎｏ ２ １ ８ ．
Ａｐ ｉ ２ １ ｒｌ ０１
材料 正是 一维 纳米 结 构材 料研 究 的热 点之 一 。 自从 发 现 碳 纳 米 管 ｌ １ ｌ ，科 学 家 们 已经 通 以来
石 墨片 为 阴极 ，以０５ ｔ Ｎ 水溶 液 为 电解 液 ， ．ｗ％ ＨＦ 在 ２Ｖ下恒 压 氧 化 ３ ，反 应 完 毕后 迅 速 用 去离 子 ０ ｈ
效 率约 １ ７ ． ％。 ０
关键 词 ： 二氧 化钛 ；纳米 管阵 列 ；阳极 氧化 ；光 电化 学
Ｓ ｌ－ ｒ ａ ｉｅ ｏ ｉ Ｏ２Ｎａ ｏ ｕ ｅＡｒ ａ ｓ ａ ｒｃ ｔ ｎ ａ ｄ ｅ ｆ ｏ ｇ ｎ ｚ ｄ Ａｎ ｄ ｃ Ｔｉ ｎ ｔ ｂ ｒ ｙ ：Ｆ ｂ ｉａ ｉ ｎ ｏ
Ｚ ｅ ｇｈ ｕ ４ ０ ０ ，Ｃ ｉａ ｈ ｎ ｚｏ ５ ０ ｈｎ） １
（．Ｓａｅ ｅ ａ ｏａｏｙ ｆ ｕ ｅｈ ｒ ｔ ｉ ｓ ｉｎＵ ｉｅｓｙ ｈ ｎ ｃ ｕ ３ ０ ２ ｈｎ ） ２ ｔｔ Ｋ ｙＬ ｂ ｒｔ ｐｒａｄＭａｅ ａ ，Ｊ ｉ ｎｖｒｉ ，Ｃ ａ ｇｈ ｎ１０ １ ，Ｃ ｉａ ｒ ｏＳ ｒｌ ｌ ｔ
艺的完善与发展 ，人们可以实现纳米管阵列不 同
管 径 、不 同 管 长 以及 不 同管 壁厚 的 可控 制 备 ｏ 】
『ｌ ｌ】 ＝ 【
。
在Ｈ 体系 中制备的ＴＯ纳米管 阵列 ，由于 Ｆ ｉ
对管 径 和 管长 等可 控 范 围小 ，严 重 影 响 了其 在 多 方 面 的 性 能 ，其 他 氟 化 物 体 系 逐 渐 成 为 研 究 重
（ 河南工业大学材料科学与工程 学院，河南 郑 州 ４００） １ ． ５０ １ （． ２ 吉林 大 学超 硬材 料 国家重点 实验 室 ，吉林 长春 １ ０ １ ） ３ ０ ２
超临界条件下TiO2纳米管的制备与干燥
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超临界流体技术制作纳米材料
性质：压力和温度处于临界点以上，密度、 性质：压力和温度处于临界点以上，密度、溶 解能力接近液体，粘度和扩散速度接近气体。 解能力接近液体，粘度和扩散速度接近气体。 分类： 分类： 物理方法： 物理方法：RESS、SAS、SAA 、 、 化学方法：超临界微乳法、溶胶-凝胶超临界 化学方法：超临界微乳法、溶胶 凝胶超临界 干燥法、超临界水热合成法。 干燥法、超临界水热合成法。
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化学法： 化学法：水热法
水热法：高压高温和强碱时， 水热法：高压高温和强碱时，TiO2 块被剥落成薄 两面有许多不饱和悬挂键。 片，两面有许多不饱和悬挂键。随着不饱和悬挂键 的数量增多，薄片表面活性增强， 的数量增多，薄片表面活性增强，卷曲为管状以减 少悬挂键的数量、降低体系能量。其生长符合3-2少悬挂键的数量、降低体系能量。其生长符合 1D的生长模型。 的生长模型。 的生长模型
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化学法： 化学法：阳极氧化法 阳极氧化法：将纯钛片在电解质（ ） 阳极氧化法：将纯钛片在电解质（HF）溶液中经阳 极腐蚀获得TiO2纳米管 。 极腐蚀获得 氧化的钛片外形类似于氧化铝， 氧化的钛片外形类似于氧化铝，为连续的多孔 结构，电压在一定范围内随电压升高，管径增大。 结构，电压在一定范围内随电压升高，管径增大。 特点：该纳米管对氢气有超高敏感性。 特点：该纳米管对氢气有超高敏感性。
综合法： 液相电弧放电法 综合法：固-液相电弧放电法
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物理法 激光烧蚀法：液态催化剂纳米团簇吸附反应物， 激光烧蚀法：液态催化剂纳米团簇吸附反应物，在 界面上生长， 界面上生长，直到液态催化剂变成固态 。
二氧化钛纳米管的制备与光催化活性
二 氧化 钛 纳米 管 的 制备 与 光催 化 活 性
范焕新 ， 李 玲， 辉 房
（ 暨南 大 学物理 系 ， 广东 广州 ５０３ ） １６ ０
摘 要： 用阳极氧化法 ， 室温条件下在含 Ｎ Ｈ Ｆ和 Ｈ Ｏ的 电解液 （ 丙三醇＋ Ｈ Ｆ Ｈ： 乙二醇＋ Ｈ Ｆ Ｈ Ｏ） Ｎ ＋ ０； Ｎ ＋ 中制
第２ ４卷第 ３期 ２１ ０ ２年 ３月
化 学 研 究 与 应 用
Ｃ ｅ ｃ ｌ ｅ ｅ ｒ ｈ ａ ｄ Ａｐ ｌ ａｉ ｎ ｈ ｍｉａ Ｒ ｓ ａ ｃ ｎ ｐ ｉ ｔ ｃ ｏ
Ｖｏ ． ４， １ ２ Ｎｏ． ３ Ｍ ａ ．， ０１ ｒ ２ ２
文章编 号 ：０ ４ １５ （ ０ ２ ０ －４ ４０ １０ ．６ ６ ２ １ ）２０ ５ －５
二 氧化 钛 是一 种 无毒 性 、 环境 友好 型 、 腐蚀 耐
米管 具有 比纳米 粉末 更高 的 比表 面积 和吸 附 能力
性材料 ， 为 白色涂料 以及防晒方面有着重要 的 作 用 途 －。二氧化 钛 作为 大禁带 宽度 （ ｇ ３０ｖ Ｉ］ ２ Ｅ ．ｅ） 的半导体材 料 ， Ｊ 有着独 特的光 电性 能 ， 光催 在 化 、 解水 产 生 氢气 、 阳能 电池 、 感 光 ｊ太 ｊ传
ｖｌｇ ｆ ０ ６ ，０ａ ｄ ５Ｖ ｉ ｇ ｃｒ ｌ ｔ ｌ ｅ ｓｅｔ ｅｙＭｅ ｙ ｏａｇ （０ｍｓＬ ａｕｏ ｓｓｌ ｉ ａ ｓｄｔ ｔ ｔｈ ｏｔ ｅｏ６ ，５ ７ ｎ ｌ ｅｉ ｅ ｃ ｏ ｔｓ ｅｐ ｃ ｖｌ． ｔ ｌ ｒｎｅ １ ／ ） ｑｅｕ ｏ ｔ ｎｗ ｓｕｅ ｏ ｅ ｅ ａ ７ ｎ ｙ ｎ ｅ ｒｙ ｒ ｉ ｈ ｕｏ ｓｔ
ａ ｒ ｙ ｆ ｍｓ ｗ ｒ ｎ ｅ ｔ ａｅ ｙ Ｅ Ｅ ａ ｄ ＸＲＤ． ｈ ｉｍｅ ｅ ｓｏ Ｏ２ｎ ｎ ｔ ｂ ｓ ｗ ｒ ６ １ ０， ９ ｎ ２ ｍ ｔ ｎ ｄ ｚｎ ｒａ ｌ ｅ ｅ ｉ ｖ ｓｉ ｔｄ ｂ Ｓ Ｍ ｎ ｉ ｇ Ｔ ｅ ｄ ａ ｔｒ ｆ Ｔｉ ａ ｏｕ ｅ ｅ ｅ １ ０， ７ １ ０ ａ ｄ ２ ０ ｎ ｗｉ ａ ｏ ｉｉｇ ｈ
纳米级二氧化钛制备工艺流程
纳米级二氧化钛制备工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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纳米二氧化钛的制备与光催化性能研究毕业论文
毕业设计（论文）纳米二氧化钛的制备与光催化性能研究1 绪论二氧化钛，化学式为TiO2，俗称钛白粉，多用于光触媒、化妆品，能靠紫外线消毒及杀菌，现正广泛开发，将来有机会成为新工业。
二氧化钛可由金红石用酸分解提取，或由四氯化钛分解得到。
二氧化钛性质稳定，大量用作油漆中的白色颜料，它具有良好的遮盖能力，和铅白相似，但不像铅白会变黑[1]；它又具有锌白一样的持久性。
二氧化钛还用作搪瓷的消光剂，可以产生一种很光亮的、硬而耐酸的搪瓷釉罩面。
在过去的研究中，用半导体粉末对水、油和空气中的有毒有机化合物进行光催化降解和完全矿化引起了人们的大量关注。
由于抗光腐蚀性，化学稳定性，成本低，无毒和强氧化性，二氧化钛被作为应用最广泛的光催化剂来光降解水和空气中的有毒化合物。
但是二氧化钛具有较大的带隙（锐钛矿相二氧化钛为3.20ev）因此，只有较小一段太阳光区域，大约为2%~3%紫外光区可被应用[2]。
人们尝试用各种制备方法，如贵金属掺杂、氧化物复合、表面修饰等等方法，防止和减少电子与空穴的复合，提高催化剂的光催化活性。
众所周知，吸附和催化的效率与固体的孔径及表面积有关，因此，对二氧化钛进行修饰、改性及增大比表面积是提高光量子效率和增大反应速率的一个有效的方法与途径。
1.1 TiO2的结构与基本性质1.1.1物理常数及结构特征表1 TiO的物理常数1.1.2 TiO2的结构特征在自然界中，TiO2存在三种晶型结构，即金红石、锐钛矿和板钛矿。
这些结构的区别取决于TiO68-八面体的连接方式，图1-1是TiO68-八面体的两种连接方式，锐钛矿结构是由TiO68-八面体共边组成，而金红石和板钛矿结构则是由TiO68-八面体共顶点且共边组成。
锐钛矿TiO2中的每个八面体与周围8个八面体相连，金红石TiO2中每个八面体与周围10个八面体相连。
事实上锐钛矿可以看做是一种四面体结构，而金红石和板钛矿则是晶格稍有畸变的八面体结构[3]。
简单地认为锐钛矿比金红石活性高是不严谨的，它们的活性受其晶化过程的一些因素影响。
二氧化钛纳米管制备方法及潜在应用
二氧化钛纳 米管制备方法及潜在 应用
田春 良
（ 济宁学院化学系， 山东 曲阜 ２ ３５ ） ７ １５
摘 要 ： 于 ＴＯ 纳米管优异的光 电、 鉴 ｉ： 催化 、 气敏等性 能及在 太 阳能 电池 、 光催 化、 境治理 、 环 气体敏 感 器
等领域的潜在应 用价值 ， 对其制备技 术和应用研 究 已成为 多学科研 究的热点 。本 文综述 了 ＴＯ ｉ 纳米管的制备 方法的最新研 究进展情 况以及 潜在 应用 ， 分析 了其制备 方面存在 的问题 ， 并提 出对 策。
有全新结构 的材 料 ，由于其 独 特 的结 构 特性 ， 使其 在 光 学、 电学 、 磁学 、 催化 以及传感器等方面具有 广阔的应用前 景” 。１９ Ｊ ９ １年 日本 Ｎ Ｃ公 司利用 电子显微镜观察石墨 电 Ｅ
极直流放 电的产物 时 ， 发现 了管壁呈现石 墨结构的多壁碳
孔洞 阵列氧化 铝模板 （ Ａ ， Ｐ Ａ） 另一 种是含有空洞无序分布 的高分子模板 。其它 材料 的模 板还 有纳米空洞玻璃 、 介孔
１ ＴＯ 纳米管制备方法 ｉ：
制备 ＴＯ ｉ：纳 米管 主要 有 模板 法 、 阳极 氧化 法 、 化学 法、 冷冻干燥法等 。
通过改变工艺条件来制备尺寸有序排列 的纳米管 ， 但最佳
合 成参数有待于进一步探索 。 １３化学法 （ ． 水热法 ）
水热法也 叫化学 法 ， 是指 将 ＴＯ 纳米 粒子 在 高温 下 ｉ，
与高浓 度的碱性溶液进行一系列 的化学反应 ， 然后经过离
子交换从而制得纳米 管的方法 。但 此时 的 ＴＯ ｉ 纳米管是 无定型 的， 进一 步煅 烧 为锐钛 矿 型后 才具 有 光催 化 活 需
１１ ． 模板 法
纳米二氧化钛的制备与应用_刘小风
日本利用氟树脂、纳米TiO 2等开发出了一种抗剥离光催化薄板，可利用太阳光有效去除空气中的NOx 气体，薄板表面生成的HNO 3可由雨水冲洗掉，[收稿日期] 2007-05-28[作者简介] 刘小风，男，江苏泰州人，工科学士，助教，主要从事新型材料的研究。
第 7 期31保证了催化剂活性的稳定。
1.2 在化妆品中的应用［4］纳米TiO2具有优异的紫外线屏蔽作用、透明性以及无毒等特点，使其广泛地应用于防晒霜类护肤产品。
用于防晒的纳米二氧化钛，要求白度低、防晒系数高。
为降低白度，可采用碱式脂肪酸铁盐包覆纳米TiO2颗粒，适当提高其含量，可提高防晒系数。
如当含有10%纳米二氧化钛时，防晒系数可达30。
1.3 在涂料中的应用室内的木器在日光灯发出的紫外线照射下，容易发黑，并降低其使用寿命，采用含0.5%~4%纳米TiO2的透明涂料，可使木器不被紫外线损害。
邹敏等人［5］对纳米TiO2改善钢结构防火涂料的性能进行了研究，结果表明：与纯钢结构防火涂料相比，添加了纳米TiO2之后，改性钢结构防火涂料的性能有较大的提高。
1.4 在特殊材料制备中的应用田清华等人［6］以PEG（聚乙二醇）为添加剂，锚固吸附在溶胶-凝胶法制备的二氧化钛薄膜表面，对其微观结构进行改造，为性能优良的气敏材料的制备奠定了良好的基础。
Ana M.Ruiz等人以溶胶-凝胶法制备纳米二氧化钛，并掺杂过渡金属离子La和Cu，研究La和Cu对二氧化钛颗粒的阻聚作用以及对高温下二氧化钛晶型转换的影响，结果表明：900℃高温下添加2%的Cu可使二氧化钛的气敏活性明显增强，尤其对CO气体，灵敏度显著增加，响应时间相应缩短。
1.5 在医药方面的应用赵东元等人［7］曾尝试利用孔径为6.0 nm的纳米二氧化钛介孔分子筛，对小牛血清蛋白进行分离，在医药领域取得了良好的效果，并发现介孔纳米结构材料用于色谱分离具有高效并保持生理活性的优点。
此外，在陶瓷、塑料、纺织以及电子等行业，纳米二氧化钛也具有广阔的应用前景。
二氧化钛纳米材料的制备
二氧化钛纳米材料的制备陈维庆（贵州大学矿物加工工程082班学号：080801110323）摘要：二氧化钛俗称钛白，是钛系列重要产品之一，也是一种重要的化工和环境材料。
目前制备纳米二氧化钛的方法很多，本文综述了纳米二氧化钛的多种制备方法和生产原理，在总结归纳基础上对各种制备方法进行比较，概述相关的研究进展。
关键词：二氧化钛纳米粒子生产原理Titanium dioxide nanomaterials preparationChenweiqing(Guizhou University mineral processing project 082 classes)Abstract: Titanium dioxide, commonly known as titanium dioxide, titanium series is one of the major product, is also an important chemical and environmental materials. Preparation of nanometer titanium dioxide at present a number of ways, this overview of the variety of preparation methods of nano-titanium dioxide and production principle, on the basis of summarizing and to compare various methods of preparation, review of related research progress. Keyword: Titanium dioxide Nanometer granule Production principle1 前言近20年来，纳米材料以其特殊的性能和广阔的发展前景引起各领域的广泛关注。
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第２３卷第２期 ２ ０ ０ ９年４月 材 料 研 究 学 报
ＣＨＩＮＥＳＥ Ｊ０ＵＲＮＡＬ ＯＦ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ ＲＥＳＥＡＲＣＨ Ｖ０１．２３ ＮＯ．２
Ａｐｒｉｌ ２ ０ ０ ９
无基底透明二氧化钛纳米管阵列薄膜的制备 钟启声 王大伟 李峰 逯高清 成会明 １．中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家（联合）实验室沈阳１１００１６ ２．昆士兰大学化工系４０７２澳大利亚
１
摘要在由乙二醇、水、氟化铵组成的电解液中添加钼酸钠调节阳极附近的离子浓度，制备出厚度大约为１０微米的透明二氧化 钛纳米管阵列薄膜．所得二氧化钛是无定型结构，在１２０℃水热处理可以将其转化成锐钛矿结构，并保持薄膜的结构完整性．该 薄膜的透射率与其表面结构和晶体结构有关．这种透明二氧化钛纳米管阵列薄膜可望应用于染料敏化太阳能电池． 关键词 无机非金属材料，钼酸盐，二氧化钛纳米管，透明薄膜 分类号０４８４ 文章编号１００５—３０９３（２００９）０２—０１ １８—０５
Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｒｅｅ，——ｓｔａｎｄｉｎｇ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｔｉｔａｎｉａ ｎａｎｏｔｕｂｅ ａｒｒａｙ ｍｅｍｂｒａｎｅｓ
ＺＨＯＮＧ Ｑｉｓｈｅｎｇ ｊ．Ｓｈｅｎｙａｎｇ ＷＡＮＧ ＤａｗｅｉＩ ＬＩ Ｆｅｎｇ ＬＵ Ｇａｏｑｉｎｇ。 ＣＨＥＮＧ Ｈｕｉｍｉｎｇ
Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｅｔａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ， Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈｅｎｇｙａｎｇ １１００１６ ２．ＡＲＣ Ｃｅｎｔｒｅ ｏ｛Ｅｘｃｅｌｌｅｎｃｅ ｆｏｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ｝Ｓｃｈｏｏｌ ｏ｜Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ ＡＩＢＮ｝ ｔｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｌ Ｑｕｅｅｎｓｌａｎｄ，４ ０７２ Ａｕｓｔｒａｌｉａ Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｎｏ．２００９ＣＢ２２０００１．
Ｍａｎｕｓｃｒｉｐｔ ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ １２，２００８；ｉｎ ｒｅｖｉｓｅｄ ｆｏｒｍ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２１，２００８． Ｔｏ ｗｈｏｍ ｃｏｒｒｅｓｐ０ｎｄｅｎｃｅ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ａｄｄｒｅｓｓｅｄ，Ｔｅｌ：（０２４）２３９７１６１１，Ｅ—ｍａｉｌ：ｃｈｅｎｇ＠ｉｍｒ．ａｃ．ｃｎ
ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｔｈｅ ｆｒｅｅ－ｓｔａｎｄｉｎＫ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ＴｉＯ２ ｎａｎｏｔｕｂｅ ａｒｒａｙ ｍｅｍｂｒａｎｅｓ ｗｅｒｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ａｎ— ｏｄｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｉｔａｎｉｕｍ ｆｏｉＩ ｉｎ ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏＩ ｏｒｇａｎｉｃ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｗａｔｅｒ，ａｍｍｏｎｉｕｍ ｆｌｕｏｒｉｄｅ．ａｎｄ ｓｏｄｉｕｍ ｍｏｌｙｂｄａｔｅ．Ｔｈｅ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｗａｓ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ＴｉＯ９ ａｎｄ ｉｔｓ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｗａｓ ａｂｏｕｔ ｌＯ＃ｍ． Ｉｔ ｗａｓ ｆ０ｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ Ｔ Ｏ９ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ ＣＯＵｆｄ ｂｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ ｔｏ ａｎａｔａｓｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｆｔｅｒ ａ ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａＩ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｔ １２０℃ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｍｂｒａｎｅｓ ｗａｓ ｗｅｌｌ ｒｅｍａｉｎｅｄ．１ｔ ｉＳ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ ｏｆ ｓｕｃｈ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｉｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｃｒｙｓｔａｌ ｓｔｒｕｃｔｕ ｒｅ．Ｔｈｅ ＴｉＯ９ ｎａｎｏｔｕｂｅ ａｒｒａｙ ｍｅｍｂｒａｎｅｓ ｃａｎ ｂｅ ｅｘｐｅｃｔｅｄ ｔｏ ｂｅ ｕｓｅｄ ｉｎ ｄｙｅ ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ．
ＫＥＹ ＷｏＲＤＳ ｉｎｏｒｇａｎ Ｃ ｎｏｎ－ｍｅｔａｌｌｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｍｏｌｙｂｄａｔｅ，Ｔｉ０２ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ．ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｍｅｍｂｒａｆｉｅ
由大量单根二氧化钛纳米管定向排列而成的二 氧化钛纳米管阵列，主要是用多孔氧化膜的阳极氧化 方法制备．因其独特的管结构、优异的光学和电学性 能、低成本和高稳定性等特点【ｌＪ．二氧化钛纳米管阵 列在传感器［２】、光解水［３］、染料敏化太阳能电池［４－６】 等方面的应用受到广泛的重视．特别是在染料敏化太 阳能电池方面［７ｌ８】，因为二氧化钛纳米管具有大的内 表面积【９】ｊ入射光经过散射后提高了光吸收＿１ｏ】，其 管状结构使电子沿管壁传导，具有减少电子和空穴的 国家九七三计划２００９ＣＢ２２０Ｏ¨Ｄ１资助项目． ２００８年１１月１２日收到初稿；２００８年１２月２１日收到修改稿 本文联系人：成会明，研究员 复合几率 等优点．但是，阳极氧化得到的纳米管 阵列总留有一定厚度的不透明金属钛 ，即使采用 有机溶剂可得到较长的纳米管也很难将钛箔完全氧 化，纳米管仍然长在钛箔上，钛箔厚度在几十到上千 微米．因此，将二氧化钛纳米管阵列用于太阳能电池 时只能采用背面照射［７】８］，入射光必须经过对电极和 电解液．这对于提高光电转换效率不利，而透明二氧 化钛纳米管阵列薄膜有望解决这一问题．为了得到二 氧化钛纳米管阵列薄膜，一般对二氧化钛纳米管阵列 进行后处理，将纳米管阵列薄膜从基底上剥离［１３，１４】． 但是后处理较为困难，且很难保证薄膜的均匀性．对 阳极氧化过程的研究发现，调整电解液的成分可以控 制氧化过程［１５＿，这为制备无基底二氧化钛薄膜提供 2期钟启声等
：无基底透明二氧化钛纳米管阵列薄膜
的制备
119
了思路本文在电解液中加入钼酸钠来实现阳极附近离子浓度的调节通过阳极氧化过程制备无基底
二
氧化钛纳米管阵列薄膜
1实验方法
将25pm厚的钛片(AlfaAesar997％)切成25cmxl0
am
的薄片作为阳极
以
铂片为阴极采
用两电极体系在40V恒压条件下进行阳极氧化采用乙二醇有机电解液为了提高电导添加2％水
(体
积比)并添加(05％质量比)
氟化铵做腐蚀剂加
入
钼酸钠或硫化钠(每100mL溶液加入001摩尔)作为离子浓度调节剂来调节阳极附近氟离子浓度阳
极氧化过程进行24h可观察到整个钛片分成两片
透明薄膜取出单片样品放在不同的ITO玻璃上面用乙醇去离子水清洗去除薄膜表面的电解液在薄膜上方加盖层ITO玻璃固定后放入低
压反应釜
并加入去离子水密封后放入
烘箱分别
在
120℃
18
0℃
下进行水热处理将处理后的样品取出并移去
上面的ITO玻璃得到保持结构完整的锐钛矿结构
二氧化钛纳米管阵列薄膜用UVVis分光光度计(ShimadzuUV2500)
测定样品的透光性质；使用扫描电镜(SEM
SUPRA3515
kV)和透射电镜(TEMJE
OL
JEM2010200kV)表征样品的形貌和结构；用
RigakuD／MAX2400型x
射线衍射仪测定样
品
的晶体结构；用LabRamHR800拉曼光谱仪(激发光
为196
eV)测定所得样品的化学组成
2结果与讨论
21透明二氧化钛纳米管薄膜的制备原理
图1是电解液中未加入离子浓度调节剂钛箔片
阳极氧化12h后样品的扫描电镜照片可观
察
到样
品分成三个部分两个厚度不同的二
氧化钛纳米管阵
列薄膜和中间将两个薄膜连接在起的未被氧
化金
属钛层(称之为阻隔层)【16]为了得到纳米管阵列
薄
膜需要消除阻隔层以使前后两
个薄膜自然分离成为
无基底二氧化钛纳米管阵列薄膜个有效的方法
是调节阳极附近氟离子的浓度从而调节刻蚀的速度以有效消除阻隔层获得两
个分离的
二
氧化钛薄膜
以上思路基于钼酸钠在阳极氧化过程
中发
生的
如下反应：
H20
，H++OH
(1)
2H++M00；}H2M004(2)H2M004_H20+M00
3(
3)
钼酸根可消耗电解液中的氢离子形成弱酸钼酸并减少氢离子浓度使钼酸根在阳
极富集也降低
了阳极氧化初始时氟离子的浓度从而调节氟对氧化钛的腐蚀速度反应进行段时间后M002以H2M004形式由高浓度区向低浓度区扩散导致阳极附近氟离子浓度比没有添加钼酸钠的电解液高从而实现阳极附近氟离子的调节此时对阻隔层的腐蚀速度较快加快了残余阻隔层的减少有利于获得无基底的二氧化钛纳米管阵列薄膜为了进步了解钼酸根的作用用硫化钠作为离子调节剂来进行对比因为S扛在电解液中的作用与M002相似也可以在阳极富集并生产弱酸但是S弘以H2S形式挥发不能实现阳极附近氟离子的浓度控制因而S弘不如M00i的效果明显因此添加钼酸钠作为离子浓度调节剂可有效控制阳极氧化过程使阻隔层的厚度减少直至消失可自然得到两片均匀的纳米管阵列薄膜图2a为通过添加Na2M004得到置于ITO玻璃上面无基底二氧化钛纳米管阵列薄膜的光学照片下面讨论中称其为初始初始二氧化钛纳米管阵列薄膜样品图中箭头指示为二氧化钛纳米管阵列薄膜薄膜下方为ITO玻璃可以清晰地看到ITO玻璃下面的字母表明该薄膜是透明的图2b为经过氢氟酸擦洗后的二氧化钛纳米管阵列薄膜的表面形貌纳米管排列比较整齐同时纳米管直径均匀管长大约为10肛m图2c为透明二氧化钛纳米管薄膜的管底结构管底为封闭结构且其直径相同约为75nm图2d为该纳米管阵列薄膜经过分散后的透射电子显图1未添加离子浓度调节剂形成中间有钛阻隔层的Ti02纳米管阵列的侧面结构形貌Fig1SEMimagesoftheTi02nanotubearraysmembraneincludingaTimiddlelayerwithoutionmodifier