tio2纳米管阵列的制备及其光解水性能优化研究

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1、分类号学号M201170765学校代码10487密级硕士学位论文TiO2纳米管阵列的制备及其光解水性能优化研究学位申请人：何长荣学科专业：材料学指导教师：夏风副教授肖建中教授答辩时间：2014.2.13万方数据AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringFabricationandPhotoWaterSplittingPerformanceOptimizationofTiO2NanotubeArraysCandidate

2、:HeZhangrongMajor:MaterialScienceSupervisor:Assoc.Prof.XiaFengProf.XiaoJianzhongHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan,Hubei,430074,P.R.ChinaFebruary,2014万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中

3、以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日万方数据华中科技大学硕士学位论文摘

4、要利用太阳能分解水制取氢气是获取可再生能源的理想方法。TiO2纳米管阵列在光解水的应用有极大的潜力。然而获得规整的开口TiO2纳米管阵列仍存在困难，相结构对TiO2纳米管阵列光电性能的影响仍有待探讨，TiO2纳米管/Ti基底界面阻挡层厚度控制仍鲜见报道。再者，目前TiO2纳米管阵列光解水的能量转换效率约为1%，远小于目标值10%。针对以上问题，本研究改进制备规整开口的TiO2纳米管阵列的方法，研究TiO2纳米管阵列相结构对光解水性能的影响，以期提高光解水的能量转换效率。改进了的制备规整开口的TiO2纳米管阵列方法为单液两步阳极氧化法：首先通过阳极

5、氧化并退火在金属Ti表面形成金红石相保护膜，再通过第二步阳极氧化使保护膜的孔洞向下生成规整的纳米管阵列，并且保护膜在溶液中有较好的抗腐蚀性能，能有效阻隔纳米管口与电解液的接触，避免纳米管口因化学溶解而分裂成纳米线。本方法所制备的TiO2纳米管的壁厚、外直径和长度分别为20nm、135nm和21μm左右。研究了热处理对TiO2纳米管阵列的相结构的影响。研究结果表明：随着退火温度升高，TiO2纳米管结晶度提高，光电流密度也随之增大。而当退火温度高于650℃时，金红石相的出现降低了锐钛矿相的含量，光电流密度下降。采用更快的冷却速率，锐钛矿-金红石相转变

6、起始温度向高温推移，说明较快的冷却速率能抑制金红石相的形核与长大。采用较快的冷却速率能抑制冷却过程中TiO2纳米管/Ti基底界面阻挡层厚度的增加，利于光电流密度的提高。利于XPS进行元素分析表明，在有机溶液中阳极氧化制备的TiO2纳米管阵列发生C掺杂。紫外-可见光分光光度计研究发现TiO2纳米管阵列对可见光的吸收能力显著增强。经过650℃退火30min并采用油冷方式冷却的TiO2纳米管阵列光解水能量转换效率达到1.8%。关键词：光解水；TiO2纳米管阵列；相结构；阻挡层；C掺杂；能量转换效率I万方数据华中科技大学硕士学位论文AbstractSol

7、arwatersplittingisanidealmethodtogeneraterenewablecleanenergy.TiO2nanotubearrayshavegreatpotentialinphotowatercleavage.However,difficultiesinfabricatinghighlyregulartop-openTiO2nanotubearraysstillexist,theeffectofphasestructureontheperformanceofTiO2nanotubearraysiscontroversi

8、al,thereislittlereportonthecontrolofthethicknessofbarrierlayerattheo