电化学方法制备掺杂二氧化钛纳米管阵列

通过阳极氧化制备二氧化钛纳米管阵列。然后用制成的纳米管阵列作阴极、Pt作阳极,分别以Zr(NO3)4、NH4Cl及Zr(NO3)4和NH4Cl的混合溶液为电解液,制备锆掺杂、氮掺杂及锆、氮共掺杂二氧化钛纳米管阵列。通过FESEM、UV-vis 漫反射、XRD、XPS等手段对纳米管阵列进行表征。结果表明,制成的纳米管阵列管径约70 nm,管长约400 nm。共掺杂后的吸收带边有了明显的红移。在锆掺杂纳米管中锆含量是0.51%,氮掺杂纳米管中氮含量为1.92%,共掺杂中锆、氮含量分别是0.77%和1.29%（均为原子分数）。N1s峰在单独掺氮纳米管中是一个峰,而在混合掺杂中是双峰,说明氮在单独掺杂和混合掺杂中的存在状态并不一致。通过降解罗丹明B水溶液对其光催化性能进行检测。结果显示,锆掺杂可以增强TiO2 纳米管阵列在紫外光下的催化活性,氮掺杂提高了TiO2 纳米管阵列在可见区的光催化活性,锆、氮共掺杂产生了协同作用,使TiO2纳米管阵列的催化活性在紫外和可见区都得到了明显的提高。     

阳极氧化法制备氧化锆纳米管阵列的研究

采用阳极氧化法分别在1 mol/L(NH4)2SO4+0.5%NH4F(质量分数,下同)的无机水溶液(电压20 V,氧化时间3 h)和甲酰胺+甘油(体积比1:1)+1%NH4F的有机溶液(电压50 V,氧化时间24 h)中制各高度有序的氧化锆纳米管阵列,并用SEM和TEM对其形貌进行表征.在无机溶液中形成的纳米管长度19μm,直径40 nm,有机溶液中形成的纳米管高度有序,长度110 μm,直径200 nm.XRD衍射谱表明在无机溶液中形成的氧化锆纳米管为正交晶型.在有机溶液中形成的氧化锆纳米管为非晶结构,在400℃退火3 h后转换为单斜相和四方相的混合相,在800℃退火后全部转换为单斜相.     

离子浓度对TiO_2纳米管阵列的影响

采用阳极氧化法在纯钛片表面得到了一种规整有序的TiO2纳米管阵列.利用SEM观察纳米管阵列的形貌,用XRD分析其晶型.并考察了阳极氧化电压、F浓度和溶液的pH值对纳米管阵列形貌和长度的影响.以罗丹明B溶液为目标降解物研究了TiO2纳米管阵列的光催化活性.结果表明,F浓度不仅影响纳米管阵列的形成时间,而且对纳米管阵列的形貌和长度也有一定的影响;溶液的pH值不仅影响纳米管阵列的长度,在很大程度上也影响纳米管阵列的表面形貌.阳极氧化法制备的TiO2纳米管阵列为无定型,在450℃空气中焙烧2h晶相主要为锐钛矿型TiO2,表现出较好的光催化活性.     

阳极氧化钛纳米管阵列自组织过程研究

通过对阳极氧化钛纳米管阵列形成过程中电流变化的监测、对相关文献资料的归纳整理及对等效电路的分析,进一步探讨氧化钛纳米管阵列的自组织过程原理,并提出以体膨胀应力模型解释氧化钛纳米管阵列的自组织形成。     

阳极氧化法制备Zr-17Nb合金表面氧化物纳米管阵列及其性能研究

利用电化学阳极氧化技术,在含有丙三醇、0.35 mol/L NH4F和5%H2O (体积分数)的溶液中,在Zr-17Nb合金表面制备了高度有序的氧化物纳米管阵列。使用XRD、SEM、HRTEM、EDS和XPS对纳米管阵列的结构、形貌和成分进行了详细研究。结果表明,在恒定外加电压70 V的条件下,阳极氧化过程中Zr和Nb的氧化溶解速率保持一致。450℃退火处理后,纳米管膜层由无定型态转化为晶态,由正交相ZrO2和正交相锆铌氧化物(Nb2Zr6O17)组成。退火处理后,纳米管膜层弹性模量降低,硬度提高。同时,纳米管阵列表面水接触角减小,呈现更好的亲水性。     

阳极氧化制备TiO_2纳米管阵列的生长特性

基于TiO_2纳米管薄膜的广泛应用前景,采用阳极氧化的方法制备高度规则排列的TiO_2纳米管阵列,研究外加电压、阳极氧化时间、电解液(NH_4F~+乙二醇)浓度、电解液体系对纳米管阵列生长特性的影响。结果表明:随着外加电压从10 V增大到30 V,纳米管的管径和管壁逐渐由22 nm和4.5 nm分别增至82 nm和10 nm,而纳米管密度由2240μm~(-2)降至200μm~(-2)。纳米管阵列出现的临界阳极氧化时间为5 min,且随着氧化时间延长,纳米管的长度随之增加,当氧化时间增至2 h时,纳米管长度增至4μm,此后,纳米管长度不再增长。在含F~-的有机电解液体系中可制备规则的纳米管阵列,当电解液(NH_4F+乙二醇)浓度增加到0.2 mol/L后,出现清晰的纳米管管状结构,这是由于F~-和乙二醇的存在对于TiO_2纳米管阵列的形成具有至关重要的作用,F~-与Ti~(4+)形成的[TiF_6]~(2-)能延缓钛箔阳极的氧化进程,促使钛箔表面形成微孔;而乙二醇则有助于提高电解液的黏度,降低F的扩散速率,保证TiO_2纳米管阵列的稳定生长。     

纳米结构ZrO_2的阳极氧化制备

采用电化学阳极氧化法在Zr-4板表面上制备了一层结构规整的纳米结构ZrO2。考察了阳极氧化电压对纳米结构氧化锆形貌和尺寸的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析纳米结构的氧化锆的形貌和相组成。结果表明,阳极氧化电压是影响ZrO2纳米结构形貌和尺寸的重要因素,即在5V条件下为枝状结构;10V条件下为花朵状结构;20V条件下为纳米管阵列结构。并讨论了ZrO2纳米结构的形成机制。     

氧化钛纳米管阵列的表面聚集控制及光电化学特性

采用阳极氧化法在有机介质中制备垂直排列的厚度达百微米的TiO2纳米管阵列,重点考察TiO2纳米管表面形貌特性的控制,以期从微观修饰角度来提高TiO2纳米管阵列膜的光电化学性能;在此基础上,考察不同处理条件下的TiO2纳米管阵列膜的光电化学特性。实验结果表明:采用无水乙醇作为超声液并结合二次蒸馏水进行漂洗能彻底清除纳米管表面聚集堵塞部分,得到清洁、规整有序的纳米管阵列表面,且不破坏纳米管阵列膜的最佳超声振动时间为20～30s。在对纳米管阵列的表面形貌特性进行控制后,采用一步阳极氧化法+无水乙醇超声制备的样品经500℃退火在全谱段的光转换效率达到1.48%,证实对纳米管阵列的表面形貌特性实施控制能有效提高其光电化学性能。     

纯钛表面二氧化钛纳米管阵列结构特征的研究

采用阳极氧化技术在纯Ti表面制备出有序的TiO2纳米管阵列,并通过SEM,XRD,XPS对TiO2纳米管阵列进行表征。结果表明,阳极氧化时间对纳米管的形成有较大的影响。在外加电压为20V,阳极氧化时间为20min时,可制备出长度约480nm、内径约89.90nm、壁厚约7.4nm的TiO2纳米管阵列。经450℃热处理后,可得到锐钛矿型的TiO2纳米管阵列,钛元素以Ti4+氧化态处于八面体的环境中,Ti2p3/2的结合能为459.3eV。     

可见光响应型Cu-Ti-O纳米管阵列的阳极氧化制备及表征

通过阳极氧化在Cu30Ti70合金基体上制备出高度有序的Cu掺杂Cu-Ti-O纳米管阵列,并讨论了阳极氧化时间对Cu-Ti-O纳米管阵列形貌和结构影响。结果表明:在O2气氛中450℃退火晶化2 h后,Cu-Ti-O纳米管阵列在400~650 nm波长范围内表现出较强的可见光响应性能,其本征吸收带边和可见光吸收带边最大值分别红移至470nm和760nm;Cu掺杂后形成的氧空位促进了Cu-Ti-O纳米管锐钛矿向金红石相的转变;随着阳极氧化时间的延长,Cu-Ti-O纳米管阵列长度增加,管壁厚度减薄,且在O2气氛中450℃退火2 h后,金红石相转变量增加。     

用乳酸溶液为电解质制备TiO2纳米管阵列

为了开发自组织阳极氧化制备TiO2纳米管阵列的新体系,以乳酸／NH4F混合溶液为电解质,研究了阳极氧化制备TiO2纳米管阵列的影响因素及形成机理。采用X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对样品进行检测,并通过观察阳极氧化过程中的电流-时间变化曲线,探讨TiO2纳米管阵列的形成机理。结果表明：阳极氧化电压、时间及电解质溶液的黏度是影响TiO2纳米管阵列结构和形貌的主要因素,在40V阳极氧化电压下,制备出平均管径高达180nm的纳米管,所获得的TiO2纳米管阵列为无定型结构,300℃热处理以后转变为锐钛矿型TiO2。     

二氧化钛纳米管阵列光阳极的几何参数对染料敏化太阳能电池性能的影响

高度有序的TiO2纳米管阵列因其能够减少纳米管间的连接,增强矢量电子传递,抑制电子复合过程和增强光的散射,被认为是制作染料敏化太阳能电池光阳极的优秀材料。影响电池性能的因素主要包括:纳米管厚度,纳米管长度,纳米管孔径,纳米管内空间。集中讨论二氧化钛纳米管阵列光阳极的几何参数对染料敏化太阳能电池的影响,目的是找出纳米管光阳极理论上最佳的几何尺寸。     

有机电解液中钛基材表面TiO2纳米管阵列生长机制的研究

采用恒压阳极氧化法在有机电解液(NH4F/甘油、NH4F/乙二醇)中制备TiO2纳米管阵列,研究了阳极氧化电压、时间、电解液成分对纳米管阵列形貌、生长过程的影响,并提出了有机电解液中TiO2纳米管阵列的生长机制.研究表明:有机电解液中,获得纳米管阵列的电压范围更为宽泛,纳米管的生长时间也更长;在不同含水量的有机电解液中,可以制备出形貌不同的纳米管阵列;有机溶剂的高粘度、低含氧量提高了纳米管生长速度的同时控制着纳米管的腐蚀速度,因此在有机电解液中可以制备更大长径比的TiO2纳米管阵列;乙二醇电解液中纳米管的生长速度大于甘油电解液,并可制各出64μm的TiO2纳米管阵列.     

Au负载N掺杂TiO2纳米管阵列的制备及其性能

TiO₂ 纳米管阵列较大的禁带宽度是导致其光催化效率较低的重要原因,采用磁控溅射、阳极氧化以及气氛退火相结合的方法对 TNAs 改性后制备了 Au 负载 N 掺杂 TiO₂ 纳米管阵列(Au@ N-TNAs),然后以甲基橙为目标污染物, 进一步分析了 Au@ N-TNAs 在不同 Au 负载量时光降解效率的变化情况。 采用 SEM、XRD、TEM 和 X 射线光电子能谱 (XPS)等对 Au 和 N 在 Au@ N-TNAs 中的存在形式进行表征和分析,发现 Au 主要是负载在 TiO₂ 纳米管阵列上,而 N 元素则是以掺杂的方式进入 TiO₂ 纳米管阵列的晶格中。 此外,在光降解试验中发现通过 Au 负载与 N 掺杂相结合的方法对 TiO₂ 纳米管阵列进行复合改性后,TiO₂ 纳米管阵列的光催化效率得到显著提升,其中 20s-Au@ N-TNAs 具有最佳的光降解效率。 但 Ti-N 薄膜中间的 Au 层太厚时会影响阳极氧化过程中 TiO₂ 纳米管阵列的生长,而且过量的 Au 在退火处理时很难及时地扩散均匀,进而使得改性后的 TiO₂ 纳米管阵列(40s-Au@ N-TNAs)的光催化效率明显降低。     

TiO2纳米管阵列生长进程及微观结构的研究

采用高纯度的Ti箔作为阳极,以Pt片为阴极,在0.1%～1.0%HF水溶液中,电压0.4～14.5 V,温度5～40℃范围内进行恒压阳极氧化制备TiO2膜.使用电化学工作站测试了线性扫描阳极极化曲线及阳极氧化过程中的电流密度-时间曲线;并使用扫描电子显微镜对氧化膜的平衡形貌进行观察;研究了阳极氧化时间、电压、电解液浓度以及温度对平衡生长氧化膜结构的影响.结果表明:阳极氧化工艺参数对氧化膜的形成速度、纳米孔孔径、纳米管阵列长度有显著影响.增大电解液浓度以及升高电解液温度,均有利于加快形成结构稳定的氧化膜,表现在到达氧化膜稳定生长的时间缩短,且平衡时纳米管的平均长度缩短.随电压增大,氧化膜生长加速,但获得平衡生长的时间相对延长;纳米孔孔径及纳米管的长度都随之增大.     

阳极氧化制备工艺对TiO_2纳米管阵列显微形貌的影响

为改善TiO_2纳米管阵列结构有序性和形貌完整性,以NH4F-丙三醇-水溶液为电解液,采用一次阳极氧化法和二次阳极氧化法在Ti片表面制备TiO_2纳米管阵列,借助扫描电子显微镜和原子力显微镜,研究一次阳极氧化电压、二次阳极氧化法制备过程中阳极氧化电压和一次阳极氧化时间以及退火温度对TiO_2纳米管阵列显微形貌的影响。结果表明,采用一次阳极氧化法在5~25 V电压下阳极氧化Ti片120 min后均可制得有序排列的TiO_2纳米管阵列,纳米管外侧面具有"竹节状"结构特征,纳米管平均管径和管间距随氧化电压升高而增大;一次阳极氧化法在20 V/120 min下制得的TiO_2纳米管阵列相对较优,其表面平整度高。在相同氧化电压下采用二次阳极氧化法制备TiO_2纳米管阵列不能有效改善阵列的有序程度和表面平整度。600℃退火会促进TiO_2纳米管层/钛金属界面处的热氧化物层生长。     

氧化铝对锆酸钙材料组成和结构的影响

以分析纯氧化锆和碳酸钙为原料,利用固相反应烧结制备锆酸钙。通过添加活性α-氧化铝,用X射线衍射、扫描电镜分析了氧化铝对锆酸钙材料相组成、晶胞参数、微观结构及致密度的影响。结果表明,利用碳酸钙和氧化锆在1600℃下保温1 h,制备出的锆酸钙材料致密度较低;氧化铝的加入导致锆酸钙相的晶胞参数和晶胞体积减小;Al3+的电场作用,减弱了锆酸钙中Ca-O的键力,导致锆酸钙材料中铝酸钙相增多。适量氧化铝促进锆酸钙的烧结,提高锆酸钙的致密度,确定氧化铝最佳加入摩尔百分含量为2%~3%。     

不同锆源对聚丙烯酰胺凝胶法制备氧化锆纳米粉体的影响

采用聚丙烯酰胺凝胶法,分别以氧氯化锆、硫酸锆和硝酸氧锆为锆源制备ZrO2纳米粉体,利用热重-差热同步分析仪(TG-DSC)、X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM) 分别对凝胶的热分解过程及氧化锆粉体的物相组成和形貌进行分析和表征,研究了不同锆源对聚丙烯酰胺凝胶法所制备的ZrO2纳米粉体相转变、物相组成及粉体形貌的影响。结果表明,锆盐影响聚丙烯酰胺凝胶的热分解完全温度,以硝酸氧锆为前驱体制得的凝胶热分解完全温度最低,约为530 ℃,以硫酸锆和氧氯化锆为前驱体制得的凝胶热分解完全温度分别为573 ℃和580 ℃。锆盐影响氧化锆的晶化温度,但氧化锆的相转变过程相似,均是由无定型氧化锆转变为四方相氧化锆,并在900 ℃时完全转变为单斜相氧化锆。氧化锆的晶化温度越高,平均粒径越小,团聚程度越高,以上述三种锆源为前驱体均可制备出近似球形的纳米氧化锆粉体,粉体粒径分布在52~97.4 nm范围内。     

文摘辑要

正SnO2/TiO2纳米管阵列对304不锈钢的阴极保护效果2目前,就SnO/TiO复合薄膜对不锈钢的光生阴极保护效果的研究有待深入。以两步阳极氧化法在钛箔表面制备TiO纳米管阵列膜,并将其浸渍在不同含量的SnO溶液中,得到了SnO/TiO复合纳米管阵列材料。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)研究了其表面形貌、晶型,用电化学方法研究了SnO/TiO复合纳米管阵列     

Bi_(3.15)Nd_(0.85)Ti_3O_(12)纳米管阵列的制备与微结构表征

采用溶胶凝胶法,在孔径为200 nm的阳极氧化铝模板中制备了Bi_3.15Nd_0.85Ti_3O_(12)纳米管阵列.通过XRD、SEM、TEM、HRTEM、SAED和Raman光谱测试手段对纳米管阵列的物相、微结构和声子振动特性进行了表征.研究表明,所合成BNdT纳米管为钙钛矿相多晶结构,纳米管外径约为200 nm,管壁厚约10 nm,管径和长度与所用AAO模板尺寸一致.Raman光谱分析表明,Nd离子取代了类钙钛矿层中A位的Bi离子.