【正文】 義在于它開辟了人們認識自然的新層次，是知識創(chuàng)新的源泉。新產(chǎn)品的創(chuàng)新是未來10年對社會發(fā)展、經(jīng)濟振興、國力增強最有影響力的戰(zhàn)略研究領域，納米材料將是起重要作用的關(guān)鍵材料之一。dopin目錄摘 要 IAbstract II目錄 III第一章 緒論 1 研究背景 1 納米TiO2陣列管制備的發(fā)展概況 2 常見納米TiO2陣列管的制備方法 3 模板法 3 3 水熱法 3 4 陽極氧化法 4 5 5 X射線粉末衍射 5 6 6 6 6 7 7 7 7 8第二章 實驗部分 10 10 10 10 11 12 13第三章 結(jié)果與討論 14 14 14 16 19 19（一水）摻入濃度的討論 23 27第四章 結(jié)論與展望 32 結(jié)論 32 展望 32致謝 33參考文獻 34第1章 緒論 研究背景“納米”是一個尺度的度量[1]，納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍（1100nm）或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料，這大約相當于10~100個原子緊密排列在一起的尺度。其次，在陽極氧化液中加入適量檸檬酸對TiO2NTs摻雜，在最佳制備條件下制備TiO2NTs，將光催化和電化學技術(shù)相結(jié)合,采用光電催化技術(shù)使其性能得以提升。然而由于TiO2吸收光譜較窄、太陽能利用率低、電子與空穴復合幾率高等降低了其實用價值。目前解決這一問題的主要方法是對TiO2NTs摻雜和表面修飾，將光催化和電化學技術(shù)相結(jié)合，采用光電催化技術(shù)使其性能得以充分發(fā)揮。關(guān)鍵詞：納米TiO2陣列管；陽極氧化法；光電催化；摻雜Anodic oxidation of nano titanium dioxide prepared by the arrayAbstract In recent years, aligned TiO2 nanotube arrays (TiO2NTs) have generated considerable scientific interest owing to their remarkable properties, such as a large internal surface area and the special nanotubular structures, which provide lots of reaction active sites and excellent electron percolation pathways for vectorial charge transfer between interfaces. However, the practical application of pure TiO2NTs is limited by its large band gap ( eV for anatase) and a fast rebination rate of photogenerated electronhole pairs. Many routes have been explored to overe such an impediment, such as ion doping, noble metal deposition and narrow bandgap semiconductors coupling. Recently, photoelectrocatalysis was proved as a feasible route to solving the tough problem of the rebination of photogenerated electronhole pairs. The research is dedicated to preparing TiO2NTs by anodic oxidation method, then modifying its surface with uniformly dispersed noble metals and semiconductor using various appropriate methods.First of all, TiO2NTs, prepared by anodic oxidation method by controlling the process conditions, such as oxidation voltage, the growth time and calcination temperature to adjust and control structure of TiO2NTs, and discuss its surface structure, length and crystallization of TiO2NTs photoelectric catalysis performance impact. Results showed that the electrochemical anodic oxidation method, TiO2 nanotube array film with excellent photoelectric catalytic properties, large specific surface area and moderate length and height of crystallization of anatase phase are the three important factors influencing the catalytic activity.Second, adding suitable amount of citric acid in the anodic oxidation liquid of TiO2NTs doping, under the condition of the best preparation for the preparation of TiO2NTs, bining light catalytic and electrochemical technology, adopting photoelectric catalysis technology makes its performance was improved. Results show that when join citric acid concentration is TiO2 nanotube array photoelectric best catalytic effect.Key words: TiO2 nanotube arrays。由于納米材料尺寸微細化這種特點，使納米材料具有較好的物理化學性質(zhì)，因此在人們的日常生活中應用廣泛，比如作為太陽能電池、敏感材料、磁性材料、光學材料、抗菌材料、催化劑材料、傳感器材料、醫(yī)學及生物工程材料、空氣凈化器、污水處理器等眾多領域具有特別重要的應用價值和廣闊的發(fā)展前景。納米材料和納米結(jié)構(gòu)是當今新材料研究領域中最富有活力、對未來經(jīng)濟和社會發(fā)展有著十分重要影響的研究對象，也是納米科技中最為活躍、最接近應用的重要組成部分。由于納米結(jié)構(gòu)單元的尺度（1～100μm）與物質(zhì)中的許多特征長度，如電子的德布洛意波長、超導相干長度、隧穿勢壘厚度、鐵磁性臨界尺寸相當，從而導致納米材料和納米結(jié)構(gòu)的物理、化學特性既不同于微觀的原子、分子，也不同于宏觀物體，從而把人們探索自然、創(chuàng)造知識的能力延伸到介于宏觀和微觀物體之間的中間領域。目前，制備納米TiO2陣列管的方法主要有模板法[4]，溶膠凝膠法[5]，水熱法[6]，液相沉積法[7]以及陽極氧化法[8]等。納米TiO2陣列管分布均勻，以整齊的陣列形式均勻排列，納米管層與鈦基底之間以肖特基勢壘直接相連，結(jié)合牢固，并且可通過調(diào)整一系列制備參數(shù)可獲得一定的納米管管徑(22~200nm)、管長(200~250μm)、管壁厚度(7~110nm)的TiO2納米管陣列，同時晶型可控，經(jīng)400700℃高溫煅燒后，無定形TiO2納米管陣列可轉(zhuǎn)化為銳鈦礦型、金紅石型、或者是二者的混合晶型，具體取決于煅燒溫度。目前不僅能在純欽表面制備TiO2納米管陣列，而且通過調(diào)整工藝參數(shù)可在許多鈦合金表面制備出結(jié)構(gòu)規(guī)整的TiO2納米管陣列。其他材料的模板還有納米孔洞玻璃、介孔沸石、蛋白、多孔Si模板、表面活性劑及金屬模板。缺點是前期模板制備復雜,得到的納米管管徑大、管壁厚、比表面積小。Kim等[15]以鈦酸四丁酯為鈦源，多壁碳納米管為模板，采用溶膠凝膠法制備出高純度的銳鈦礦相TiO2納米管。水熱合成反應在一定的溫度下制備TiO2納米管，水熱合成法是指將TiO2納米粒子在高溫下與堿液進行一系列化學反應，然后經(jīng)過離子交換、焙燒等步驟從而制備納米管的方法，因此也常稱為堿水熱法。水熱合成法的主要優(yōu)點是工藝操作過程比較簡單；生成的TiO2納米管純度較高，形貌很規(guī)則；而且相對于模板合成法來看，水熱法能夠制備出管徑很小的TiO2納米管。液相沉積法的反應液是含有金屬氟化物的水溶液，通過溶液中氟離子消耗劑與金屬氟代絡離子之間的配位體置換，驅(qū)使金屬氟化物的水解向平衡移動，使金屬氧化物沉積在基片上。反應方程如(11) Ti4+ + 2H2O → TiO2 + 4H+ (11)(2)第二階段：由于氧的參與，在Ti向氧化鈦的轉(zhuǎn)變過程中伴隨著體積變大，導致了初始氧化層內(nèi)具有了內(nèi)應力，內(nèi)應力的不均勻分布及不均勻的化學腐燭，氧化層上隨機出現(xiàn)一些小的凹孔，在這些凹孔處電場增強,進一步加快了腐蝕速率，形成了扇形納米孔洞，腐蝕方程如下(12)。在物鏡上部的掃描線圈