1。3。3 阳极氧化时间 6

1。3。4 阳极氧化温度 6

1。4 当前阳极二氧化钛纳米管形成机理的弊端 7

1。5 本课题研究的主要内容 7

2。 实验 11

3。 阳极 TiO2 纳米管的生长动力学研究 12

3。1 离子电流和电子电流的理论推导 12

3。2 实测电流—时间曲线的拟合和分离 15

3。3 不同电压下电流—时间曲线的分析 17

3。4 不同温度下电流—时间曲线的分析 20

3。5 小结 22

4。  纳米管周围缝隙和“肋骨”的形成机理及应用研究 23

4。1 光滑纳米管和带“肋骨”的纳米管 23

4。2 纳米管阵列的完整表面层 24

4。3 纳米管的表面形貌的演变过程 26

4。4 纳米管之间缝隙的形成机理 27

本科毕业设计说明书 第 II 页

4。5 纳米管周围“肋骨”的形成机理 28

4。6 避免“肋骨”形成的新方法 29

4。7 无“肋骨”TiO2 纳米管应用研究 30

4。8 小结 32

结论 30

致谢 32

参考文献 33

1。 绪论

1。1 阳极二氧化钛纳米管的研究背景

二氧化钛(TiO2)是一种宽禁带 n 型半导体材料，它因具有稳定的物理化学性质，制备简单、 成本低、且无毒无害等特点[1]，近年来为众多研究者所青睐。随着纳米技术的蓬勃发展，人 们已经成功利用物理或化学方法将二氧化钛排列成一维，二维，三维有序的纳米结构。与其 他纳米结构相比，一维二氧化钛纳米管（TNTs）具有更大的比表面积，较高的机械强度，更 高的电荷传输通道和光催化活性，且具有很好的生物相容性和对生物无毒等优点。因此在光 催化降解大气中的污染物、光解水制备氢气、染料敏化太阳能电池（DSSC）、超级电容器、 生物医学等领域受到广泛关注[2]。

目前主要的TiO2纳米管制备方法包括三种，分别是模板法、水热法和阳极氧化法[3]。与 前两种方法相比，阳极氧化法具有不需要模板、工艺简单、结构高度有序、管径和管长易于 控制等优点。阳极氧化法制备TiO2纳米管始于1991 年，Zwilling及其合作者[4]首次报道了在 含氟电解液中，通过阳极氧化金属钛得到的二氧化钛薄膜在显微镜下观察到了多孔表面。而 Grimes等人[5]报道了在HF的电解液中采用电化学阳极氧化法成功制备出排列高度有序的TiO2 纳米管(TNTs)。此后，Schmuki课题组[6] 详细研究了以甘油—NH4F和甘油—水—NH4F的混合 溶液为电解液中各种氧化参数对纳米管结构形貌的影响。因此，以TNTs为代表的一维管状阵 列结构的合成及其性能、应用研究有了迅猛发展。此外，人们还研究了，可以通过对TNTs内 部装入更小的无机、有机、金属和磁性粒子等物质组装成纳米复合材料或对其表面进行修饰 改性以改善其电学性能、光学性能、催化性能、生物相容性，使其应用领域更加宽泛[7]。 1。2