二氧化钛纳米管的研究进展PPT文件格式下载.ppt

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,纳米管比纳米膜具有更大的比表面积，因而具有较高的吸附能力，可望提高TiO2光电转换效率、光催化性能，特别是如果能在管中装入更小的无机、有机、金属或磁性纳米粒子组装成复合纳米材料，那将会大大改善Ti02的光电、电磁及催化性能。

管径小于10um的开口中空Ti02纳米管还往往表现出显著的尺寸效应。

长TiO2纳米管还可用作模板，合成超细的金属或半导体的纳米线。

研究背景,二氧化钛纳米管,激光微加工辅助阳极氧化制备微纳米化TiO2纳米管阵列,2.制备方法,模板法,水热合成法,电化学阳极氧化蚀刻法,2.制备方法,模板法,水热合成法,电化学阳极氧化蚀刻法,模板法,以柱状的单晶阳极氧化铝（PPA）或碳纳米管有机溶胶为模板，在多孔的阳极生成的氧化铝为起始原料，经过电化学处理得到。

厚度为1000nm的金箔蒸发到膜上，然后把制备出的膜切成1cm2左右的片，在紫外光条件下以苯甲酰产生的自由基引发剂用甲基丙烯酸酯在孔洞里聚合，用NaOH处理掉多余的Al和Al2O3，这样就可以得到溅射金膜的电极。

然后用TiCl3的盐酸溶液在氮气保护下，用少量的NaHCO3调节到pH2.5左右，所加电压+400mv/Ag/AgCl，电化学反应为：

nTiOH2+mH2O=TiOIVOx（OH）4-2xn+3nH+ne-用丙酮溶解高聚物模板，得到了无定形的氧化钛纳米管，高温脱水就可以得到锐钛矿型的纳米管。

模板法合成TiO2纳米管示意图,水热合成法,该法是最有前景的纳米TiO2合成技术之一。

水热合成纳米管大多都是从纳米TiO2粉体为前驱物，利用特制的密闭反应容器，采用水溶液作为反应介质，经碱液处理，通过“溶解一结晶”两个阶段而得到。

在温和的水热条件下，用碱溶液处理不同的锐钛矿相和金红石相Ti02纳米粉体，能得到不同形貌的TiO2纳米管。

水热合成法合成TiO2纳米管流程,电化学阳极氧化蚀刻法,阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列一般采用两电极体系，阳极为钛箔板，阴极为铂电极或石墨电极，电解液采用含氟离子的水溶液或其他有机溶剂。

当在两极施加一定电压时，钛箔板被氧化形成管状无定形TiO2阵列膜，经不同温度热处理后即可得到不同晶型的TiO2纳米管阵列膜。

阳极氧化法制备TiO2纳米管实验装置示意图,此种方法制备的TiO2纳米管与基底垂直取向，管径、管长度以及壁厚均匀可控，与钛基底结合牢固，不易脱落。

二次阳极氧化法制备TiO2纳米的扫描电镜照片,以模板为基础可以制备不同尺寸的阵列TiO2纳米管，可通过调节工艺参数来控制PAA模板的孔径尺寸而得到尺寸不同的TiO2纳米管，但模板成法所制得纳米管管径较大。

阳极氧化法可以通过改变工艺条件来制备不同尺寸的有序排列的纳米管，但合成工艺最佳条件目前尚未成熟。

水热合成法虽然可以制得管径较小的TiO2纳米管，且操作工艺较简单，但所得纳米管的尺寸形貌结构特征却较大程度依赖于原料Ti02微粒的尺寸和晶相。

三种制备方法的比较,生长机制,目前，对二氧化钛纳米管的形成机理和组成尚存在分歧。

一般认为，锐钛矿或者金红石相以及无定形二氧化钛在碱性条件下转换为纳米管都要经过单层的纳米片的卷曲，类似于多层碳纳米管9形成的机理，即从1D到2D，再到3D的组合过程。

（a）蛇形的，即单层纳米管的卷曲；

（b）洋葱式的，即几个有弱相互作用的纳米片的卷曲；

（c）同心式的，通过卷曲或者折叠成多层的纳米管。

生长机制,生长机制,也有人认为认为钛纳米管的生长机理符合3-2-1D的生长模型，在水热合成的过程中，在高压高温和强碱作用下，二氧化钛块体沿着（110）晶面被剥落成碎片，在片的两面有不饱和悬挂键，随着反应的进行，不饱和悬挂键增多，使薄片的表面活性增强，开始卷曲成管状，以减少体系的能量，这一点从反应中间产物中观察到大量的片状及卷曲态得的到证明。

也有人认为认为符合氧化钛纳米管的形成机理，并给出了形成机理的原始驱动力的解释。

应用complication,储氢材料TiO2纳米管具有很大的孔容积,在室温和6MPa条件下可以存储体积分数高达2%的氢气,而且,当压力降低到大气压时有75%的氢气被快速释放出来,另外还有体积分数约为13%的氢气在温度上升到70时以H2形式释放出来,放氢能力强。

应用complication,由于TiO2纳米管可以化学吸附H2,作为电子供体的H2将电子传输到TiO2导带上并在其附近形成电子聚集层,因而H2吸附能够降低纳米管电阻,当H2脱附时电子重新传输回H原子而使得纳米管电阻升高,因此TiO2纳米管可以用作氢敏材料。

氢敏材料,应用complication,当TiO2纳米管用作染料敏化太阳能光电极时,其响应波长明显红移至530540nm,当染料N3浓度较高时（300mol/L）,纳米管光电转化效率（IPCE）即可达到3.3%,而且,纳米管光电转化效率受染料浓度影响较小,当染料浓度降低到30mol/L时,光电转化效率仍为3.0%。

不过,光电转换效率和纳米管长度密切相关,长纳米管表现得更突出。

光电转换材料,应用complication,目前纳米TiO2光催化研究领域的2个挑战一个是可见光响应,另一个是光量子效率的提高。

纳米管管状结构使光生电子空穴在皮秒时间内逃逸到纳米管表面,参与氧化还原反应,降低了电子-空穴复合几率,因而可以提高光量子效率。

光催化材料,目前对氧化钛纳米管的生成机理还存在着分歧，有必要采用新的表征手段深入研究氧化钛纳米管的生成机理，以便定向合成出功能更强大的纳米元器件，到目前为止尚未见到有单层氧化钛纳米管的报道。

当前的氧化钛纳米管的掺杂仅限于少数贵金属和极少量的非金属，拓展氧化钛纳米管的掺杂空间，以便对其光电磁的性质进行深入广泛的研究，同时可以加深对氧化钛纳米管形成的机理的研究。

就合成方法而言，模板法阳极氧化法，水热合成法各有优点和不足，探索更好的合成方法，以便达到对氧化钛纳米管的形态和纳米尺寸的调控。

开展应用领域的研究，据报道氧化钛纳米管比其它任何形式的钛的光催化性能都高大约100倍，如果通过掺杂或者其它合成方法，既能利用太阳能高效率的分解水变氢气和氧气，同时又能存储氢气，那么氢经济时代就不在是一个遥远的梦想。

二氧化钛纳米管研究现状,ThankYou!