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TiO_2纳米管阵列阳极氧化法制备、改性及光电催化性能研究

冯娟娟  
【摘要】: Ti02纳米管阵列在光催化降解污染物、光解水制氢和太阳能电池等领域有着潜在而诱人的应用价值。本论文详细研究了Ti02纳米管阵列的阳极氧化法制备,对制备出的Ti02纳米管阵列进行半导体纳米颗粒的修饰改性研究,用方便快捷的超声法制备出分别沉积有Ti02和CdS的纳米晶的复合Ti02纳米管阵列,并对纯的和复合的Ti02纳米管阵列进行了较为系统的光电催化性能研究,取得了如下重要的实验结果: (1)用阳极氧化法在钛片基底上制备出高度有序、管长和孔径等尺寸可控的Ti02纳米管阵列;采用改进的二次生长的途径,制备了无基底的Ti02纳米管阵列;Ti02纳米管阵列的晶型可用低温退火的方法进行控制,如500℃退火处理可获得具有高催化活性的锐钛矿为主的混晶结构。 (2)以甲基橙的降解为例,对Ti02纳米管阵列的光电催化性能进行了系统的评估,发现Ti02纳米管阵列具有比水热法制备的Ti02纳米管和商用Ti02纳米颗粒(P25)更优越的光电催化性能。多次重复催化降解实验表明,Ti02纳米管阵列具有良好的重复使用性。 (3)采用高效率的超声沉积法将PEG包裹的锐钛矿Ti02纳米晶沉积到Ti02纳米管阵列的孔道内,沉积时间仅10s,且沉积后的纳米管并未发生堵塞、塌陷等现象。发现Ti02纳米管阵列沉积了Ti02纳米晶后,光电流密度明显高于未沉积样品,且对甲基橙的光电催化效率提高了10%。 (4)为了实现Ti02纳米管阵列对可见光的相应,采用了超声反应沉积法将可见光敏化剂CdS纳米颗粒组装到Ti02纳米管内和表面上,发现纳米管吸收光谱从387nm红移到535nm,因而可应用于可见光的光催化和敏化太阳能电池。沉积时间仅20s,大大简化了反复浸入法。


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