【文章內(nèi)容簡介】 池進(jìn)行，工作電極為TiO2納米管陣列薄膜，對(duì)電極為Pt絲，飽和甘汞電極為參比電極。 M Na2S04為光電性能測(cè)試時(shí)的電解液。測(cè)試條件為室溫下進(jìn)行，分別測(cè)試有光和無光條件下TiO2納米管陣列薄膜的光電催化性能。有光時(shí)外照光源為氙燈，光源電流為5A，距離薄膜表面15cm。用CHI760E型電化學(xué)分析儀(上海辰華儀器有限公司)進(jìn)行光電流時(shí)間數(shù)據(jù)采集。各種物質(zhì)具有各自不同的分子、原子和不同的分子空間結(jié)構(gòu)，其吸收光能量的情況也就不相同，因此每種物質(zhì)就有其特有的、固定的吸收光譜曲線，根據(jù)吸收光譜上的某些特征波長處的吸光度的高低判別或測(cè)定該物質(zhì)的含量，這就是分光光度定性和定量分析的基礎(chǔ)。樣品的光吸收采用裝有積分球配件的紫外可見分光光度計(jì)(UVVis)進(jìn)行紫外可見漫反射測(cè)試。紫外分光光度計(jì)反射附件的原理是通過一個(gè)內(nèi)壁涂有BaSO4積分球的裝置，在內(nèi)壁窗孔放置標(biāo)準(zhǔn)白板，在樣品窗孔放置待測(cè)樣品，測(cè)試波長范圍為230800nm的漫反射光譜。自1972年Fujisbima等實(shí)現(xiàn)以TiO2半導(dǎo)體電極分解水制氫以來，光電催化制氫在理論及應(yīng)用上都取得了極大的發(fā)展。由于光生電子和空穴容易復(fù)合等問題導(dǎo)致光催化制氫反應(yīng)效率較低，研究表明，光電催化分解水制氫能有效地抑制光生電子與空穴的復(fù)合，從而提高光電催化分解水效率。由于TiO2穩(wěn)定性高、無毒、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此其在光催化制氫領(lǐng)域研究最為廣泛。與一般納米TiO2粉體相比，納米管狀的TiO2因其具有更大的比表面積和更強(qiáng)的吸附能力，表現(xiàn)出更高的光催化活性和光電轉(zhuǎn)換效率，能極大地改善TiO2的光電催化性能[22]。 染料敏化電池一直是近幾年來的研究熱點(diǎn)，但TiO2總體禁帶寬度大，光利用效率低的缺陷一定程度上還是制約著其工業(yè)化的應(yīng)用。因此如何減小TiO2帶隙寬度，提高其對(duì)光的利用率以及納米管對(duì)染料的吸附和傳輸能力是目前的研究重點(diǎn)。Grimes等[22]在導(dǎo)電玻璃上合成TiO2納米管陣列，并將其制成染料敏化太陽能電池中的光電極，通過測(cè)試發(fā)現(xiàn)這種納米管具有良好的傳遞電子能力， %，是一種很好的電極材料。Schmuki 等[23]制備出摻C的TiO2納米管陣列， eV，在近紅外區(qū)也出現(xiàn)光譜響應(yīng)，大大提高了光電轉(zhuǎn)換率[24]。氧化鈦納米管陣列的獨(dú)特的性質(zhì)使其又可以作為良好的光催化劑來光降解有機(jī)污染物。Xie等研究人員曾經(jīng)研究了TiO2納米管的降解情況，它是將生成的TiO2作用到雙酚A(BPA)上，以此來獲取BPA的降解率,將研究發(fā)現(xiàn)與其他納米TiO2材料想比較，TiO2納米管的降解率很高，%。隨后，Quan等研究者研究了有關(guān)五氯苯酹的降解情況。通過很多研究表明，TiO2納米管在污染凈化方面的應(yīng)用前景[25]等相當(dāng)明顯。 納米管還可用于傳感器材料的制備當(dāng)中，用于檢測(cè)HCO、O2等，比較常用的是作為汽車尾氣傳感器。TiO2納米管陣列氣敏納米材料具有工作溫度范圍廣、制備方法簡單、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)?？茖W(xué)家以不同形貌的TiO2納米管陣列為探測(cè)氫氣的氣敏傳感器，研究發(fā)現(xiàn)管徑越小，靈敏度越高。TiO2納米管陣列表面修飾約10nm厚的Pd后制得的氫敏傳感材料在室溫下氫敏活性高達(dá)107，是目前報(bào)道的最高氫敏活性的材料之一[26]。鈦及其合金是重要的醫(yī)用支架材料。研究發(fā)現(xiàn)，鈦及其合金的生物相容性與其表面成分、結(jié)構(gòu)、浸潤性密切相關(guān)。鈦金屬表面的氧化膜主要成分為TiO2，次表面含少量Ti2O3和TiO。該氧化膜在一定的條件下水化而形成水合氧化物(TiO2H2O)，即鈦酸或稱鈦凝膠。這層鈦凝膠在體內(nèi)能誘導(dǎo)鈣、磷等在其表面沉積一層類骨磷灰石層，從而與骨組織形成直接的骨鍵合，因此具有一定的生物活性。在復(fù)雜的生理環(huán)境中，鈦植入物將與液體、有機(jī)分子相互發(fā)生生理反應(yīng)和生理腐蝕。因TiO2的高穩(wěn)定性使得鈦金屬的均勻腐蝕甚微，也不易發(fā)生點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕和晶間腐蝕，在人體組織液和唾液中表現(xiàn)出很高的耐腐蝕性。因此鈦及鈦合金作為醫(yī)用植入材料，其表面物理化學(xué)性能顯得尤為重要[27]。TiO2納米管陣列由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和本身所具有的特性,受到越來越多研究者的關(guān)注。二氧化鈦納米管具有光敏、氣敏、壓敏、介電效應(yīng)、光電轉(zhuǎn)換等特性，且由于其具有高比表面積、高深寬比，使它具有更高的光催化能力，并能提高光電轉(zhuǎn)換效率，在太陽能電池、光催化、傳感器、微電子、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著重要的發(fā)展前景。TiO2納米管陣列的制備、性質(zhì)和應(yīng)用研究已成為一個(gè)全球范圍的研究熱點(diǎn)。采用陽極氧化法制備二氧化鈦納米管的方法工藝簡單，成本低廉，環(huán)境污染小。且制備出的二氧化鈦納米管陣列管壁光滑、排列均勻整齊，有廣泛的應(yīng)用前景。本文采用全新配比的有機(jī)電解液，利用陽極氧化的方法制備排列規(guī)則的二氧化鈦納米管陣列。主要討論了以陽極氧化法、含氟多元醇(乙二醇)有機(jī)溶劑為電解質(zhì)研究不同工藝條件對(duì)形成的納米管形貌的影響，并從陽極氧化的電流時(shí)間曲線出發(fā)簡要地闡述了納米管的形成過程，同時(shí)，通過添加其他物質(zhì)改變電解液以期望達(dá)到對(duì)TiO2納米管陣列的改性，研究改性后的對(duì)納米管的形貌、光電性能的影響，并討論可能的原因。第二章 實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)中使用儀器總結(jié)如下表21。表21實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備名稱型號(hào)生產(chǎn)單位超聲波清洗器JP010T深圳市潔盟清洗設(shè)備有限公司分析天平AUY120SHIMADZU直流穩(wěn)壓電源WYJ100上海熙順電氣有限公司集熱式恒溫加熱磁力攪拌器DF101S鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司箱式電阻箱SX2410沈陽市節(jié)能電爐廠電化學(xué)工作站CHI760E上海辰華儀器有限公司X射線衍射儀DX2600丹東方圓儀器有限公司紫外可見分光光度計(jì)TU1950北京普析通用儀器有限責(zé)任公司掃描電子顯微鏡VEGA3SBU捷克TESCAN實(shí)驗(yàn)中使用儀器總結(jié)如下表22。表22實(shí)驗(yàn)藥品實(shí)驗(yàn)藥品型號(hào)規(guī)格生產(chǎn)單位乙二醇分析純成都市新都區(qū)木蘭鎮(zhèn)工業(yè)開發(fā)區(qū)氟化銨分析純成都市新都區(qū)木蘭鎮(zhèn)工業(yè)開發(fā)區(qū)無水乙醇分析純重慶川東化工（集團(tuán)）有限公司氫氟酸分析純成都市新都區(qū)木蘭鎮(zhèn)工業(yè)開發(fā)區(qū)檸檬酸（一水）分析純成都市新都區(qū)木蘭鎮(zhèn)工業(yè)開發(fā)區(qū)鈦片%寶雞市博洋金屬材料有限公司先將鈦片裁剪成長方形（長寬為20mm15mm）薄片，用砂紙（60，120，200，400，600，800，1000）打磨拋光，直至表面沒有刮痕，然后用去離子水進(jìn)行超聲清洗10min，再用無水乙醇超聲清洗鈦片表面10min，除去表面的油污，然后用體積比為1%的氫氟酸溶液拋光處理5min，最后再用去離子水超聲清洗表面10min。烘干，待用。量取4ml去離子水及 ，混合均勻至氟化銨完全溶解。再量取 200ml乙二醇倒入剛配制的氟化銨溶液中，將燒杯放入超聲清洗器中使所制備的溶液混合均勻。將石墨電極和鈦片分別插入對(duì)應(yīng)的孔中，固定好，調(diào)整鈦片的位置確保每次陽極氧化時(shí)鈦片浸入溶液的面積為 2cm 并正對(duì)著石墨電極。然后將整個(gè)裝置放入集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，恒溫的溫度設(shè)定為30℃。將石墨電極與直流電源的負(fù)極相連，鈦片與直流電流的正極相連，設(shè)置直流電源的輸出電壓（20V、30V、40V、50V、60V）。最后打開直流電源，根據(jù)需要反應(yīng)特定的時(shí)間（1h、2h、3h、4h、5h）即可。反應(yīng)剛開始時(shí)，可以看到，鈦片表面由剛拋光的灰白色馬上轉(zhuǎn)變?yōu)樗{(lán)色，然后又快速轉(zhuǎn)變?yōu)榈S色，而石墨電極上則產(chǎn)生了許多氣泡。反應(yīng)完成后，將鈦片拿出，用大量蒸餾水沖洗，最后用吹風(fēng)機(jī)吹干，待用。反應(yīng)裝置見圖21，A為陽極鈦片，C為陰極石墨電極，R為電化學(xué)反應(yīng)池，E為直流穩(wěn)壓電源。圖 21 陽極氧化裝置圖將制備好的樣品放到箱式電阻箱中進(jìn)行煅燒處理，煅燒溫度為500℃，時(shí)間為3h，隨爐自然冷卻。使用電化學(xué)工作站來表征樣品的光電催化性能；使用掃描電子顯微鏡(SEM)來表征樣品的形貌和結(jié)構(gòu)；使用X射線衍射儀(XRD)來測(cè)定樣品的晶體結(jié)構(gòu)；使用紫外可見分光光度計(jì)來測(cè)試樣品的吸光度，從而分析各個(gè)不同樣品的光催化效果。分析找到光電催化性能最佳時(shí)納米TiO2陣列管的制備條件。 ：納米TiO2陣列管 ：鉑絲 ：飽和甘汞電極 ：01V ：30s無光，30s有光交替 ：氙燈 ：5A ： Na2SO4 X射線衍射儀測(cè)試條件 ：步進(jìn)掃描 ：θsθd聯(lián)動(dòng) ：Cu ：2080176。 ： ：1 （kV）：40 （mA）：25 （mm）：2 ：1deg ：1deg ： ：Abs ：最大： 最小： ：800nm ：230nm ：1nm ：單次掃描 ：：361nm取同規(guī)格鈦片（長寬為20mm15mm）薄片。，混合均勻至氟化銨完全溶解，再稱取一定量檸檬酸（一水）溶解至上述溶液中，使檸檬酸（一水）、。再量取 200ml乙二醇倒入剛配制的氟化銨溶液中，將燒杯放入超聲清洗器中使所制備的溶液混合均勻。，找到樣品光電催化性能最佳時(shí)的改性條件。第三章 結(jié)果與討論 、 200ml乙二醇配制的電解液溶液中，固定好，調(diào)整鈦片的位置確保每次陽極氧化時(shí)鈦片浸入溶液的面積為 2cm 并正對(duì)著石墨電極。然后將整個(gè)裝置放入集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，恒溫的溫度設(shè)定為30℃。將石墨電極與直流電源的負(fù)極相連，鈦片與直流電流的正極相連，設(shè)置直流電源的輸出電壓為20V、30V、40V、50V、60V。最后打開直流電源，反應(yīng)2h即可。反應(yīng)完成后，將鈦片取出，用大量蒸餾水沖洗，烘干；再在箱式電阻箱中，500℃下煅燒3h，隨爐自然冷卻。最后對(duì)樣品進(jìn)行表征分析找到最佳氧化電壓。測(cè)定結(jié)果見圖31不同電壓電化學(xué)工作站測(cè)試圖、圖32不同電壓紫外可見分光光度計(jì)測(cè)試圖