阳极氧化TiO纳米管制备及环境应用课件.ppt

XXXXXXX Fujikawa等将单个的DNA双链作为制备TiO2纳米管的模板：将TiO2溶胶涂敷在DNA链上，通过O2等离子体法除去DNA，就可以得到与DNA形貌相同的TiO2纳米管。 金红石相最稳定，锐钛矿次之，板钛矿很少见，TiO2纳米材料常涉及的晶相是金红石和锐钛矿这两种晶相。锐钛矿型（带隙3.2eV）催化活性较高，金红石（带隙3.1eV）对O2吸附能力较差，比表面积小，光生电子与空穴易复合。 传统的水热法是以密闭的不锈钢釜为反应容器，采用水溶液作为反应介质，通过对反应器加热，创造一个高温、高压反应环境，使通常难溶或不溶的物质溶解并且重结晶。 氧化开始时，钛片表面有大量O2 气泡，生成氧化钛阻挡层，电阻增大，电流密度下降。阳极氧化钛的质量随着纳米管的生长而减少，说明F- 的化学溶解作用显著。氧化钛膜在氧化膜的内部与单质钛层接触的界面，而F- 在外侧，所以纳米管是朝着钛片内部生长的。局部溶解形成点蚀，生长自此点蚀开始。 35V为海绵状无定型多孔结构，这是因为阻挡层溶解速率远大于阻挡层生长速率即阳极氧化速率，无纳米管生成。 氧化开始几分钟内，电阻增大很快，电流密度首先快速下降，然后轻微升高（B点），最后趋于稳定。在高pH中，F-溶解TiO2氧化层的能力降低，对应的电流曲线上没有明显的电流上升趋势，即B点小峰消失，且溶解时间与酸度较大的溶液相比出现延后，纳米管生长缓慢，意味着TNT的生长需要更长的时间。 阳极氧化TiO2纳米管的制备及环境应用 五、TiO2纳米管阵列的应用 四、影响TiO2纳米管形貌的因素 三、阳极氧化TiO2纳米管阵列制备 二、TiO2纳米管的制备方法 一、TiO2材料的背景介绍 48% 无所不在的TiO2 It is so important, but why? 性质 结构 用途 金红石（rutil） 锐钛矿（anatase） 板钛矿（brookite） 1.作为一种新型材料已广泛应用于化妆品、防晒等产品中； 2.应用于塑料、橡胶和功能纤维产品，它能提高抗老化、抗粉化能力、耐候性和强度，同时保持产品的颜色光泽； 3.应用于油墨、涂料、纺织，能很好的提高其粘附力、抗老化、耐擦洗性能； 5.用于造纸工业中，能提高易打印性和不渗透性； 6.还可以应用于冶金和航天工业; 3.光催化效果好； 1.粒径均匀，分散性好，性质稳定，无毒； 2.有很好的屏蔽紫外线能力以及遮盖能力； TiO2材料 背景介绍 纳米管 纳米棒 纳米颗粒 纳米线 纳米薄膜 更大的比表面积、更强的吸附能力、可在其壁上修饰更小的无机、有机、高分子、磁性纳米颗粒等——提高光电转化效率 二氧化钛作为大禁带宽度的半导体材料，有着独特的光电性能，在光催化、光解水产生氢气、太阳能电池、传感器、以及生物学方面有着广泛的应用。然而高比表面积是提高这些应用性能的关键因数。 TiO2 TiO2材料 背景介绍 二、TiO2纳米管的制备方法 水热法 模板-辅 助沉积法 阳极氧 化法 水热法一直用来制备TiO2 纳米颗粒，但1998年Kasuga等首次用此法合成TiO2纳米管：在110℃下用高浓度（10mol/L）NaOH处理TiO2 粉体（P25），反应产物经水洗和酸洗后得TiO2纳米管。 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。 原理：反应物组元通过物理或化学的方法（包括电化学沉积、化学气相沉积、溶胶-凝胶、物理蒸发等）被运输到模板的空洞中，使原料在相互孤立的纳米孔道中反应或直接把制备物质填充在孔道中并沿一维方向生长，形成纳米管结构，用后的模板可以根据模板的性质采用煅烧、酸或碱溶解等方法去除。 模板-辅 助沉积法 溶胶-凝胶法在AAM模板上合成TiO2纳米管和纳米线 优点：合成方法简单、成本低、便于自组装； 缺点：管径大（约200nm），受模板形貌限制，催化剂污染； 模板-辅 助沉积法 ——Fujikawa S, Takaki R, Kunitake T. Nanocopying of individual DNA strands and formation of the corresponding surface pattern of titania nanotube. Langmuir, 2005 2001年，美国宾夕法尼亚州立大学材料科学工程Grimes教授率先通过阳极氧化法制备出物理化学特性优异的TiO2纳米管阵列（TNT）：用0.5wt%HF溶液为电解液，高纯钛片为阳极得到长250nm、孔径60nm的TNT。 阳极氧 化法 特点：高度有序、顶部开口、定向生长、比表面积大、孔径均一； 典型TiO2纳米管尺寸：壁厚5~30nm，孔径