不同襯底上納米結(jié)構(gòu)二氧化鈦薄膜的制備
Preparation of TiO2 nanotubes on different substrates

2.9萬字 55頁 原創(chuàng)作品，已通過查重系統(tǒng)


中文摘要
能源和環(huán)境問題給人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，其中能源問題是關(guān)鍵。太陽能和氫能被認(rèn)為是最有可能逐步取代化石能源的“綠色能源”。當(dāng)前，直接將太陽能轉(zhuǎn)換成電能和利用太陽能光解水制氫是最有希望的兩個(gè)研究方向，其中開發(fā)高效、廉價(jià)的實(shí)用型光電極材料至關(guān)重要。
TiO2是一種化學(xué)穩(wěn)定性好、光催化活性高、無毒無害、價(jià)格低廉的半導(dǎo)體材料，其在太陽能電池和光解水制氫等領(lǐng)域已展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景，受到人們的高度重視。特別是近年來，通過陽極氧化法所制備的TiO2納米管陣列，以非常規(guī)整的陣列形式排列，具有極好的有序結(jié)構(gòu)、更大的比表面積和更強(qiáng)的吸附能力，展現(xiàn)出很高的量子效率，在太陽能利用領(lǐng)域的應(yīng)用具有明顯優(yōu)勢(shì)。對(duì)這種特殊納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑、摻雜改性和應(yīng)用性質(zhì)研究已經(jīng)成為科學(xué)界研究的熱點(diǎn)。本論文通過陽極氧化法，利用自組裝的實(shí)驗(yàn)設(shè)備分別在純鈦和Ti-Ta合金上進(jìn)行了二氧化鈦納米管的制備。在純鈦上研究了陽極氧化個(gè)因素（包括電解液、電壓、氟離子、水含量和反應(yīng)溫度）對(duì)納米管形貌的影響；在Ti-Ta合金上，通過改變合金中Ta的含量研究了其對(duì)納米管形貌的影響，同樣的也研究了氧化時(shí)間、氧化電壓、氧化溫度對(duì)二氧化鈦納米管形貌的影響，并和純鈦上生產(chǎn)的納米管進(jìn)行了對(duì)比。并通過掃描電鏡（SEM）、X射線衍射（XRD）分析手段對(duì)納米管進(jìn)行了表征和分析。結(jié)果表明：
通過自組裝陽極氧化法能夠在純鈦和鈦鉭合金上制備出二氧化鈦納米管陣列。純鈦上由于電解液組成和F離子濃度的不同，都會(huì)使得所得到的納米管的表面光滑度有所差異；水含量則與納米管管口阻擋層的溶解又關(guān)；氧化時(shí)間和電壓分別影響了納米管的工和管徑大小。合金上納米管形貌隨著合金中鉭含量的增加而不斷改善，在50%時(shí)最為均一有序。納米管的長(zhǎng)度隨陽極氧化電壓的增大、時(shí)間的延長(zhǎng)、溫度的升高而增長(zhǎng)；納米管管徑隨陽極氧化電壓的升高、水含量的增加而增加。納米管的平均管徑尺寸與陽極氧化過程中電流密度所達(dá)到的最大值有關(guān)，納米工度則與由綜合電流密度有關(guān)。
對(duì)于50wt%的Ti-Ta合金，兩級(jí)納米管形成的關(guān)鍵因素是電解液中水的含量，同時(shí)受陽極氧化電壓、時(shí)間的影響。氧化過程中元素分布不均勻?qū)е录{米管分裂是兩級(jí)納米管的形成機(jī)理。剛開始形成的納米管是無定型結(jié)構(gòu)，經(jīng)過不同溫度退火后可以發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變。對(duì)于Ti-Ta合金，750℃退火有晶體β-五氧化二鉭出現(xiàn)。


關(guān)鍵字:TiO2納米管陣列 Ti-Ta合金 陽極氧化法 純鈦