双脉冲阳极氧化法制备tio2纳米管阵列的研究

《双脉冲阳极氧化法制备tio2纳米管阵列的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、双脉冲阳极氧化法制备Tio：纳米管阵列的研究符颖“2季孟波“2’3魏子栋“2’1：重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室；2：重庆大学化学化工学院；3：重庆大学材料科学与工程学院，重庆，400030摘要采用双脉冲阳极氧化法在钛片上成功制备TTi(h纳米管阵列，用FESEM和X肋对其形貌和结构进行了表征，详细考察了氧化工艺对其形貌的影响，并结合氧化过程对其形成机理进行了讨论，实验结果表明在脉冲阳极氧化工艺条件中阳极氧化时间，电解液浓度，晶化温度是生成Ti02纳米管的重要影响因素；Ti02纳米管阵列最佳

2、生长工艺条件为：时电解液浓度O．51

3、，t％咿，反应时间25min，室温，晶化温度为480。C；从钛片阳极氧化的电流密度随时间的关系可知，整个氧化过程大致可分为阻挡层的形成，多孔层的形成和纳米管的稳定生长三个阶段。关键词Ti02纳米管双脉冲阳极氧化催化剂载体Ti02是一种重要的无机功能材料，它在太阳能的储存与利用、光电转换、光致变色及光催化降解大气和水中的污染物等方面有广阔的应用前景，成为重点研究的课题之一。目前，对TiO：纳米粉体、纳米膜和掺杂的Ti02纳米复合材料的制备、结构相变及催化性能的研究较为普遍，而

4、对Ti02纳米管的电性能、应用研究报道得不多。Ti02纳米管在酸性和碱性介质中具有稳定的物理化学性质，由于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‘11，所以作为贵金属催化剂载体‘21逐渐引起研究者的重视。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催化性能。管径小于10nm的开口、中空Ti02纳米管还往往表现出显著的尺寸效应。长Ti02纳米管还可用作模板合成超细的金属或半导体的纳米线。很显然，Ti02纳米管制备的好坏直接关系到它作为载体的

5、性能。Ti02纳米管的制备方法目前报道的有模板法[3，41、化学处理澍5·71和电化学阳极氧化法嘲。模板法合成的Ti02纳米管的管径大，管壁厚，比表面积小，属于锐钛矿型；化学处理法合成的Ti02纳米管的管径小，管壁薄，比表面积大，属于无定型；电化学阳极氧化法合成的Ti02纳米管管壁较自然形成的Ti02纳米管管壁厚些，具有半导体特性，属于无定型。本文采用阳极氧化法在钛片上制备了垂直导向，排列规则的纳米管阵列，采用扫描电子显微镜对型貌和结构进行了表征，并以其为载体担载Pd催化剂对氧还原和甲醇氧化催化性能进行了研究，

6、最后对Ti02纳米管阵列的形成机理做了探讨。1实验1．1实验装置实验体系为经典三电极体系，其中所制得的P们i02厂ri电极为工作电极，铂丝为对电极，Ag／AgCI或Hg／HgO电极为参比电极，所有电化学实验均在CHI660B(上海辰华)电化学工作站上进行。1321．2Ti02纳米管阵列的制备方法实验采用的钛片(厚度为0．15nun)纯度为99．8％，裁剪成60mmxlomm，依次经机械抛光、丙酮超声化学除油、化学抛光处理，然后用去离子水冲洗待用。室温下，以大面积的碳纸作对电极，将封闭处理后的钛片(面积约为lcm

7、s)置入HF和H2S04混合溶液的电解液中进行脉冲阳极氧化。反应完毕后，将样品放置于去离子水中浸泡、冲洗，晾干待用。脉冲阳极氧化在(训％=0．5％)HF溶液中进行，另外加入了H2s04作为支持电解质；平均电流密囱。为30--55mA／cm2；温度为20+2"C；导通时间T。为O．1'--lms，关断时fu-JT。fr为0．3～9ms，氧化时间为25rain。将具有纳米多孔Ti02／ri放入管式炉中，以5"C／rain左右的升温速度随炉升温，达到相应的实验温度后保温3h，随后随炉冷却。．脉冲阳极氧化的工艺条件为：

8、阳极氧化时间：5min，25min，40minI-IF电解液浓度：O．1研％HF，0．5叭％HF，2wt％HF晶化温度：480℃，600℃1．3形貌结构表征通过日本理学DMAX．1200型x射线衍射仪对所制备催化剂的结构进行分析，以cuK口作为x射线源，加速电压45kv电流100mA，扫描速度40／min，20的角分辨率为0．05。。采用荷兰FEINova-400型场发射扫描电子显微镜(FESEM)对催化剂进行形貌表征。2结果与讨论2．1电解液浓度对Ti02纳米管阵列形貌的影响图l为钛片在HF酸电解液中，不同H

9、F酸浓度下反应25min制备的Ti02多孔膜的SEM照片。从图中可以看出，在HF酸浓度较低时，阳极氧化电流较小，基体表面发生轻微腐蚀，不能形成完整的纳米管结构，随着HF酸浓度增加，氧化膜表面的Ti02发生溶解，孔道逐渐形成，表面开始出现规则的管状结构，当H_F酸浓度增加2wt％时候，纳米管结构开始消失，这是由于HF酸浓度过高，增大了Ti02纳米管对腐蚀，Ti02纳米管结构变得零乱，呈不