tio22fsrtio3异质结纳米管薄膜的制备及光电化学性能研究.pdf

第一章 绪论 1.2 TiO 纳米管的制备方法 2 （1）模板合成法 模板合成法通过利用材料良好的可控性的特点，以及材料的空间限域以及结 构导向作用，在结构和排列、尺寸、形貌等方面对材料进行有效的调制。通过电 化学沉积法、化学气相沉积法、溶胶-凝胶法、物理蒸发法等方法，采用的模板 以纳米级和微米级的多孔材料，纳米结构反应物被运输到模板的孔洞内，受空间 限域作用的影响及控制，原料反应的过程可在相互孤立的纳米管道中进行。或者 通过另外一种方法，制备物质先被填充在纳米管道内，使制备物质在管道中沿一 维方向生长，除去所用的纳米管模板即可形成纳米管状结构。模板合成法分为硬 模板法和软模板法，硬模板主要有多孔氧化铝膜（PAO ）、多孔二氧化硅膜板 （SiO ）以及一些经过特殊处理的多孔高分子薄膜等；多孔氧化铝膜和有机分子 2 模板法在软模板法中运用最广泛，表面活性剂、高分子聚合物、生物分子或者有 [15] 机分子，以及其他有机类物质都属于软模板。Michailowski等 以PAO为模板制 备TiO 纳米管，在500 ℃下氧化分解钛酸四丁酯溶剂后制备出管长为50~70 nm， 2 [16] 壁厚为3 nm的纳米管。Zhang等 通过向易水解体系中加入乙酰丙酮，制得较稳 定时长的溶胶，然后再向其中加入氧化铝模板，制备出多晶的锐钛矿型TiO 纳米 2 [17] 管。Shen等 将丙酮作为改性剂，用十二烷胺盐酸盐作为模板，制备出了纳米线 和二氧化钛纳米管，方法所制备的材料被用于染料敏化太阳电池的光阳极材料。 模板法具有以下优点：（1）操作较为简单，对制备条件要求不高，纳米粒子尺寸 分布非常狭窄；（2 ）纳米材料通过以模板为载体，其结构、尺寸及性质易控制， 较为精确；（3 ）纳米材料的合成与组装能够实现一体化，纳米材料的分散稳定性 问题易得到解决。然而，模板法得到纳米管结构后需要去除模板，该过程增加了 制备的复杂性和制备成本，而且去除模板的过程中可能会破坏纳米管的结构和形 貌。 （2 ）水热合成法 水热法是利用一种内含聚四氟乙烯内衬的特制的密闭反应容器，一般称为钢 制的高压釜，通过对反应釜内的反应体系进行加热，创造一个高压、高温的反应 环境，水溶液作为反应介质，水的性质在高温高压下发生改变，在反应过程中反 应物伴随有晶体的成核及晶体生长，最后得到所需的材料。水热合成法中所采用 的水溶液介质一般为盐酸或碱性溶液，是一种制备纳米颗粒的常用方法。Yu等[18] 在10 mol/L NaOH溶液中，以P25为原料，150 ℃条件下水热反应48 h，得到钛酸 盐纳米管材料，然后对材料进行不同温度的煅烧退火处理，得到TiO 纳米管材料。 2 [19] 闫鹏飞等 用TiCl 作为前驱体，以铁离子作为掺杂剂，得到白色胶体溶液，然 4 2 第一章 绪论 [20] 后通过水热反应得到掺杂Fe 的TiO 纳米粒子。Peng H R等 将锐钛矿相TiO 纳米 2 2 粒子与NaOH水溶液在水热温度（l90 ℃）下进行反应，经过500 ℃高温锻烧l h， 制得束状结构TiO 纳米管，其长度为几百nm至几μm，纳米管的管径为 5~15 nm 2 的。水热法具有如下特点：（1）水热法避免了灼烧可能导致的粉体团聚，可直接 得到具有良好结晶性的粉体；（2 ）水热反应条件对粉体状晶粒的物相和形貌