TiO2纳米管阵列的阳极氧化法制备及其性能表征

来源 :安徽大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:winter2009
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Ti02是一种重要的宽带隙半导体材料,在太阳能电池、光催化、光电解水、防雾、自清洁材料等方面有潜在应用。而在这些应用中关键是大的比表而积,因此人们开始利用纳米尺度的Ti02材料,但是在这种纳米体系由于缺陷的存在、纳米粒r间无序的接触界而、以及电荷传输中较长路径导致了较多的电荷复合因而使得效率的低下。Ti02纳米管阵列通过提供有序笔直的通道,能有效提高电子转移和电荷分离的效率,因此引起了人们极大关注。本论文采用阳极氧化制备了Ti02纳米管阵列,通过调节溶液中水含量和改变氧化电压制备了Ti02纳米管阵列,并对其进行了退火处理。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、三维轮廓仪(3D Profilometer)、紫外可见分光光度计(UV-Vis)、接触角测试仪等对Ti02纳米管隈列的形貌、微结构、粗糙度、光学性能、浸润性进行了表征。同时利用扫描线性伏安法对纳米管生长进行了讨论。研究结果发现电解液中甘油与水体积比为20/1时,管口表面平整,管管相连的节分布在管底3/5长度范围,管长1800nm,管径60nm。低电压时管口分离,初始氧化层消失,管表面平整度相对差,电压15V时管口直径30nm,管长1200nm;高压时样品表面呈多孔状,管口未分离,大部分区域还覆盖着初始氧化层,电压55V时,管径100nm,管长3200nm。Ⅰ-Ⅴ曲线显示电压0.2V时,初始氧化层形成;电压升至1.4V,氧化层被击穿;氧化层的形成与场致溶解的同时发生与相互影响导致在电压2~4V附近电流的起伏;电压大于5V时纳米管开始形成。25V与45V电压下制备的样品具有较好的光电性能,光电流密度达到了4μA/cm2。浸润性研究发现刚制备好的TiO2纳米管阵列表现为亲水性,而经过一段时间实验室环境下放置,样品开始向疏水性转化,经过退火处理后,样品又表现为亲水性。光致浸润性研究表明样品接触角的减少同晶体结构、表面缺陷及粗糙度有关。400℃退火样品接触角减小最多,为90.4%。本论文工作的创新点:(1)利用扫描线性伏安法Ⅰ-Ⅴ曲线研究了TiO2纳米管阵列的形成过程,得到了氧化层形成,击穿以及纳米管开始生成的电压值。(2)研究了不用电压下制备的TiO2纳米管阵列光吸收和光电性能。对其现象做了讨论。(3)研究了不同退火温度处理后的TiO2纳米管阵列的光致浸润性,对其机理做出了解释。
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