TiO2納米管陣列薄膜的制備、表征及光電性能研究.pdf

1、本文采用陽極氧化法制備TiO2納米管陣列薄膜，首先，通過研究陽極氧化法制備TiO2納米管陣列薄膜的影響因素，優(yōu)化出陽極氧化制備TiO2納米管陣列的工藝條件并提出TiO2納米管陣列的生長機制；其次，通過控制陽極氧化反應(yīng)時間制備不同厚度的TiO2納米管陣列薄膜，并在FE-SEM、FE-TEM、XRD、XPS等分析基礎(chǔ)上，進行了納米管薄膜的光催化性能研究；接著，結(jié)合陽極氧化和不同溫度熱處理制備出納米管底開口、管底閉口、管底閉口且管底覆蓋著顆粒

2、狀的TiO2致密層三種FS-TNT(Free-Standing TiO2 nanotube)陣列薄膜，通過FS-SEM、FE-TEM和XRD分析，提出FS-TNT陣列薄膜的制備機理，并通過XPS的分析進行驗證；最后，將制備的FS-TNT陣列薄膜與P25 paste薄膜組合制備出FS-P25復(fù)合薄膜，并以此復(fù)合薄膜為光陽極組裝DSSCs進行電池性能的研究，同時也以此該復(fù)合薄膜為光催化劑進行光催化活性研究，對其光催化降解結(jié)果和反應(yīng)動力學(xué)進行

3、詳細的討論和分析。其具體內(nèi)容如下：
　　 (1)TiO2納米管陣列薄膜制備的影響因素和生長機理
　　 本文對電解液組成、工作電壓、陰極材料、反應(yīng)時間等影響納米管陣列薄膜的制備因素進行了較深入的分析和討論，優(yōu)化的陽極氧化制備TiO2納米管陣列薄膜的條件為：電解液組成為EG(為基準)+0.5wt％NH4F+3.0vol％H2O，工作電壓為60V，陽極和陰極間距為3cm，陰極材料為Pt電極，一次陽極氧化時間為0.5h。并就此提

4、出了陽極氧化制備TiO2納米管陣列的生長機制。
　　 (2)TiO2納米管陣列薄膜的光催化性能研究
　　 首先，對陽極氧化制備TiO2納米管陣列的管口沉積物進行處理，結(jié)果證實經(jīng)3.0wt％的H2O2溶液浸漬2h的TiO2納米管管口沉積物等雜物幾乎完全消失，且納米管形貌保持良好；接著，研究熱處理溫度對TiO2納米管形貌和結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)經(jīng)高于550℃熱處理的TiO2納米管，發(fā)生嚴重坍塌，其管狀形貌完全喪失，且經(jīng)XRD分析發(fā)

5、現(xiàn)，450℃熱處理的TiO2納米管的A晶型已經(jīng)很豐富。最后，對陽極氧化時間為1～4h和不同溫度熱處理的TiO2納米管進行吸附和光催化活性實驗，發(fā)現(xiàn)經(jīng)熱處理的納米管對MB的吸附能力隨熱處理溫度升高而逐漸減弱，光催化降解MB在450℃熱處理后，MB的脫除率最高，隨后對陽極氧化1h、2h、3h和4h時間并經(jīng)450℃熱處理后的納米管的吸附和光催化降解Rh.B反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)隨著氧化時間的延長，對Rh.B的吸附能力增強，氧化時間為2h時光催化脫除Rh.

6、B的效率最高，其值為93.40％，對光催化降解反應(yīng)動力學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)在0～80min內(nèi)基本符合一級反應(yīng)動力學(xué)，當陽極氧化反應(yīng)2h的TiO2納米管的動力學(xué)反應(yīng)常數(shù)k=0.03267min-1，反應(yīng)速率最快。
　　 (3)FS－TNT陣列薄膜的制備機理研究
　　 采用陽極氧化和熱處理聯(lián)合制備FS－TNT陣列薄膜，在FE-SEM、FE-TEM和XRD分析基礎(chǔ)上，分為FS－TNT納米管底開口、納米管底閉口和納米管底閉口且覆蓋薄

7、層的TiO2致密層三種情況討論FS－TNT陣列薄膜的制備機理，結(jié)合陽極氧化制備TiO2納米管的生長機理，提出FS-TNT陣列薄膜的制備機理，接著通過對FS－TNT陣列薄膜和下層帶基地的TiO2納米管進行XPS分析，驗證所提出的制備機理。
　　 (4)FS－P25復(fù)合薄膜基的DSSCs和光催化性能研究
　　 在制備FS－TNT陣列薄膜基礎(chǔ)上，將FS－TNT陣列薄膜與P25paste薄膜結(jié)合制備FS－P25復(fù)合薄膜，并以此薄