二氧化鈦陣列納米管的制備和結(jié)構(gòu)研究

13700字
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目錄
摘要 1
第1章 緒論 3
1.1課題背景 3
1.2二氧化鈦納米管制備結(jié)構(gòu)研究進(jìn)展 4
1.2.1模板法制備 4
1.2.2水熱合成法 4
1.2.3陽極氧化法 5
1.3論文的主要研究內(nèi)容和意義 5
第2章 實(shí)驗材料和實(shí)驗方法 7
2.1實(shí)驗材料及裝置 7
2.1.1 實(shí)驗材料 7
2.1.2實(shí)驗設(shè)備儀器 7
2.2實(shí)驗裝置 8
2.3實(shí)驗步驟 9
2.4材料表征 10
第3章 水系電解液中TiO2納米管陣列的制備 12
3.1 F-濃度對陽極氧化產(chǎn)物形貌的影響 12
3.2氧化電壓對陽極氧化產(chǎn)物形貌的的影響 14
3.3氧化時間對陽極氧化產(chǎn)物形貌的影響 16
3.4熱處理溫度對陽極氧化產(chǎn)物的形貌及結(jié)構(gòu)影響 18
本章小結(jié) 20
第4章 有機(jī)系電解液中TiO2納米管陣列 21
4.1 F-濃度對陽極氧化產(chǎn)物形貌的影響 21
4.2水含量對陽極氧化產(chǎn)物形貌的的影響 22
4.3電壓對陽極氧化產(chǎn)物形貌的的影響 24
4.4氧化時間對陽極氧化產(chǎn)物形貌的影響 24
4.5熱處理溫度對陽極氧化產(chǎn)物的形貌及結(jié)構(gòu)影響 27
本章小結(jié) 29
第5章 結(jié)論及展望 30
5.1結(jié)論 30
5.2展望 30
致謝 32
參考文獻(xiàn) 33

摘要
二氧化鈦(TiO2)納米材料作為一種綠色功能材料，能夠廣泛的應(yīng)用于食品、塑料、造紙、陶瓷、傳感器、介電材料、光解水制氫、光催化以及能源等領(lǐng)域。納米功能材料的微觀結(jié)構(gòu)對它的性質(zhì)有很大影響。近年來，納米尺寸材料如納米線、納米棒、納米纖維和納米管等，由于其具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)與優(yōu)異的性能，受到了廣泛的關(guān)注。TiO2納米管陣列膜與 TiO2納米晶膜相比具有更大的比表面積和更強(qiáng)的吸附能力，因此，表現(xiàn)出更高的光催化性能和光電轉(zhuǎn)化效率，并已經(jīng)應(yīng)用于光催化劑、太陽能電池、氣敏傳感材料、催化劑載體和超級電容器等領(lǐng)域。
如何獲得性質(zhì)優(yōu)良的TiO2納米管是一個值得探究的話題。其制備方法很多本文在分析比較多種方法后選擇陽極氧化法對其制備進(jìn)行一系列研究。隨著陽極氧化技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，人們發(fā)現(xiàn)通過調(diào)節(jié)陽極氧化時間、電壓和電解液系統(tǒng)、成分、溫度等實(shí)驗參數(shù)可對陽極氧化產(chǎn)物的形貌進(jìn)行有效調(diào)控，但對其相應(yīng)內(nèi)在聯(lián)系和機(jī)理的認(rèn)識和理解則相對欠缺，因此，進(jìn)一步開展系統(tǒng)和深入的研究工作仍具有重要價值和意義。
本文用陽極氧化法制備 TiO2納米管陣列膜。具體研究內(nèi)容如下：比較幾種常見的制備 TiO2納米管的方法，比較優(yōu)劣，選擇電化學(xué)陽極氧化法來制備TiO2納米管陣列薄膜，在此基礎(chǔ)上選擇兩種溶液（水系環(huán)境和有機(jī)系環(huán)境）作為電解液，在不同的制備條件下進(jìn)行實(shí)驗，系統(tǒng)研究不同電解液體系對TiO2納米管陣列的形成過程、幾何形貌的影響，探明陽極氧化制備工藝參數(shù)與TiO2納米管陣列形貌的內(nèi)在聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)TiO2納米管陣列的可控制備和優(yōu)化，同時豐富和完善TiO2納米管陣列的形成和生長機(jī)理，分析HF濃度、陽極氧化電壓和氧化時間對水系和有機(jī)系電解液中TiO2納米管陣列形貌結(jié)構(gòu)的影響，并詳細(xì)探討其形成過程與機(jī)理；同時，考察了不同熱處理溫度對TiO2納米管陣列形貌和結(jié)構(gòu)的影響。分析了TiO2納米管陣列形成的基本機(jī)理。 采用SEM、XRD對制備出的二氧化鈦納米管陣列進(jìn)行表面形貌、內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及晶體結(jié)構(gòu)的表征，分析其結(jié)構(gòu)形成的機(jī)理。最后根據(jù)其成納米管的形貌分析相對合理的制備方案。

關(guān)鍵詞：二氧化鈦 陽極氧化 納米管陣列結(jié)構(gòu)

Abstract
TiO2 nano-material，as an important functional material，is widely applied in fields like food， plastic， paper making，dielectric material， sensor， ceramic， hydrogen production， photocatalyst and clean energy，et al.The characteristics of functional nano-material are greatly related with its microscopic structure. Recently，the nano-structures，such as nanorod， nanowire， nanotube et al， have gained much attention because of their unique microstructures and excellent performances. In comparison with TiO2 nano-crystallite film，the TiO2 nanotubes array film possesses higher specific surface area and stronger adsorption capability. Therefore， it exhibits better photo-catalysis capability and higher photoelectric conversion efficiency. The TiO2 nanotubes array film has been widely applied in the fields of photocatalyst， solar cell， gas sensor，catalyst carrier，super-capacitor，and so on.
Highly ordered metal oxide nanotube arrays have special advantages in electrochemical energy storage and conversion devices. How to realize the high controllability of the morphology of these nanomaterials is the prerequisite for practical applications. Due to its simplicity, reliability, low cost and facile large-scale fabrication,anodization is one of the most effectively methods to prepare nanostructure arrays.
In this paper， TiO2 nanotubes array was formed by electrochemical anodization method， and it was assembled to fabricate dye-sensitized TiO2 nanotubes array film solar cell. The main contents as follows：We chose electrochemical anodization method to prepare TiO2 nanotubes array. And the experiments performed in two kinds of electrolyte. The formation mechanism of TiO2 nanotubes array during electrochemical anodization was discussed.The surface morphology, inner microstructure and chemical bonding of TiO2 nanotubes array characterized by Scanning Electronic Microscope (SEM)，Transmission Electron Microscopy (TEM)，and X-Ray Diffraction (XRD) ,respectively. It indicated that the crystal structure of TiO2 nanotubes was related with whose annealed temperature.

Keywords： Titiania Anodic oxidation Nanotube array structure