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TiO2管阵列自1999年为Zwilling等人报道以来,作为一种具有宽带隙半导体性,高长径比及优秀催化本领的新型材料得到了相当的关注并在越来越广泛的领域获得应用,特别是染料敏化太阳电池(DSSCs)。其受控生长及新功能结构的研究因此成为非常重要的方向。尽管目前已有相当多的实验结果,但对真实生长过程仍然缺乏很多更为系统的研究,在机理方面仍然存在很多问题没有解决,这在很大程度上制约了前者的发展。京本文对TiO2管阵列的电化学生长进行了系统性的研究并绘制了形貌演进的三维相图。通过联合改变关键条件(温度,电压,水含量),我们实现了超大尺寸(D～600nm)及超小尺寸(D～10nm)管的优化生长以及中等尺寸下最高为113μm/h的生长率。通过对管的生长率及尺寸在低温区域的非单调性的研究发现,特定小尺寸(50-90nm)管的生长率可提高到常温条件下生长同尺寸管的2～3倍。在更进一步的实验结果中发现,在TiO2的电化学生长中广泛存在一种有别于以往报道的例子的高频(10-1 Hz)小幅度(＜8.0％jm)自发电流振荡现象及伴随的管内部形貌不均匀性变化。随着外部条件(机械搅拌,小幅度电压调制)的加强,电流振荡得到增强,而内部形貌则由规则化变为完全平滑化。与此同时管的生长率也有显著提高。研究表明这些现象背后与生长过程中在外条件改变下离子体系的输运和局域化学反应之间的相互影响有着重要联系。考虑几个关键因素的参与,我们初步构建了TiO2管阵列生长的反应——扩散模型,并利用它对前述现象进行了比较全面的解释。在此基础上若结合具体微观过程的补充研究和数学模拟,将有望对于自组织生长纳米结构的“可设计性”给予帮助。京此外,结构研究表明,通过控制电化学合成的条件,不需要高温退火已经可以生成宏观上在TiO2管中占有相当数量的锐钛矿或金红石型纳米晶颗粒。温度分布在此过程中起了重要作用。在此基础上对工艺进行改进,将有可能进一步提高TiO2管的成晶比例。未来将有望完全在室温条件下制备染料敏化太阳电池。