阳极氧化法制备二氧化钛纳米管课件

阳极氧化法制备二氧化钛纳米管姓名：赵洪涛学号：05051033指导老师：贾巧英目录第一章绪论第二章阳极氧化法制备二氧化钛纳米管阵列第三章实验结果与讨论第四章结束语第一章绪论1.1引言

二氧化钛(TiO2)作为一种重要的无机功能材料，具光敏、湿敏、气敏、光电等优越的性能. 二氧化钛纳米管是TiO2的存在形式之一，由于其具有高比表面积、高深宽比和尺寸依赖效应等特性，在很多领域有很大的应用前景1.3二氧化钛纳米管的形成机理 Y．Q．Wang等人提出3D—2D—1D的模型：首先，未处理的锐钛矿相TiO2粉末是三维晶体，与浓NaOH水溶液反应后形成薄片状。薄片状的TiO2聚积了足够的能量后，使得该二维结构出现不稳定，接着开始一层接一层地卷曲成为管状，最后形成TiO2纳米管。 Gong等认为在阳极氧化法制备TiO2纳米管的过程主要有两个：一是电场辅助钛片阳极氧化过程；二是电场辅助金属氧化物的溶解过程

1.4二氧化钛纳米管的制备 目前,制备TiO2纳米管的方法主要有模板法、水热合成法以及阳极氧化法。1.4.1模板法

这种方法得到的纳米管的内径一般较大，并受模板形貌的限制，而且制备过程及工艺复杂，更多的研究人员倾向于采用化学处理法。1.4.2水热法

水热合成法制备的TiO2纳米管杂乱无序，长度、壁厚、管层数难控，构效关系难以建立。

电化学阳极氧化法是通过对电解液中的金属板施加外电压而实现特定结构的有序生长,TiO2纳米管阵列生成就是对含有F-电解液中的高纯金属钛板施加稳压电压而实现的，电解液的组成、pH、负载外电压、温度、蚀刻时间均影响TiO2纳米管的形貌和性质。 阳极氧化蚀刻法与水热合成法制备的TiO2纳管参数的比较阳极氧化法水热合成法反应原料含F-电解液、高纯钛板金红石TiO2纳米颗粒反应特点酸式或中式反应,条件温和碱式反应,高压晶型混晶型,管壁为锐钛矿型,阻隔层为金红石型主要为锐钛矿型纳米管特点纳米管一端开口、排列有序、单层散乱无序、两端开口、多层长度约500nm或几个微米约300nm壁厚约20nm≤1nm管径10～150nm8～50nm1.5二氧化钛纳米管应用前景 TiO2纳米管因其所具有的优异的光电、催化、传感学性能，使其在光催化、微电子微生物模拟、传感器材料等领域得到广泛的应用。 传感器 光催化剂 电池 光催化剂载体第二章阳极氧化法制备二氧化钛纳米管阵列阳极氧化法制备二氧化钛纳米管试验装置图样品制备过程中的现象

实验初始阶段能明显看到电极有气体产生，为细小气泡。随反应时间无变化。初始反应电流较高，在很短一段时间内下降很快，下降趋势随反应时间逐渐减小，最终趋于稳定。阳极钛箔表面生成淡黄色氧化膜。样品表征

采用高倍电子扫描电镜(SEM)对TiO2纳米管阵列的形貌进行表征，用X射线衍射仪(XRD)测定TiO2纳米管的晶体结构。在含0.3wt%NH4F和2vol%水的乙二醇电解液、控制氧化电压60v、氧化时间4h时所得TiO2纳米管阵列膜的SEM3.2多次氧化对二氧化钛纳米管形貌的影响在0.5wt%NH4F、0.5wt%水的乙二醇电解液中，控制电压60v，二次阳极氧化6h，制得TiO2纳米管阵列膜的SEM图。 从顶面俯视图，侧面扫描图可以看出，相比一次氧化与二次氧化SEM图，多次氧化所得纳米管阵列膜孔径分布更为均一，规整性有显著提高。结论：通过多次氧化可以提高所得纳米管阵列的规整性，制备出更为均匀规整性能优良的纳米管阵列。在0.5wt%NH4F、0.5wt%水的乙二醇电解液中，控制电压60v，三次阳极氧化5h，制得TiO2纳米管阵列膜SEM图3.4反应时间对二氧化钛纳米管形貌的影响

上图分别为60V电压下阳极氧化4h、5h、6h获得二氧化钛纳米管阵列膜截面SEM图片，可以看出，氧化4h、5h、6h所得纳米管长度分别为25μm、27μm、43μm。 结论：阳极氧化时间是决定纳米管长度的一个重要参数，在一定时间内二氧化钛纳米管长度随时间增加。3.5有机电解液对二氧化钛纳米管形貌的影响 2001年Gong和其同事最早的报告，第一代阳极氧化中使用氟化氢电解质制备的二氧化钛纳米管阵列可增加到长度约500纳米。通过控制阳极氧化电解液pH值减少了阳极氧化二氧化钛化学溶解，二氧化钛纳米管的长度后来增加到7微米，之后,许多种有机电解液都被用于制备TiO2纳米管,得到的管长更达到360μm。本试验中在氟化铵的乙二醇电解液中制得的高度有序二氧化钛纳米管阵列长度达到43微米。 右图为膜厚为20~25μmTiO2纳米管阵列分别在300，400，450，500，550和600℃6个不同的温度下热处理2h后的X射线衍射图。3.6二氧化钛纳米管晶型分析有关化学反应如下:Ti→Ti4++4e-Ti4++2H2O→TiO2+4H+2H2O→O2-+4e-+4H+TiO2+6F