二氧化钛纳米管阵列的金属掺杂改性及人工神经网络对其形貌的预测研究

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1、河北工业大学硕士学位论文二氧化钛纳米管阵列的金属掺杂改性及人工神经网络对其形貌的预测研究摘要本文研究了阳极氧化法制备TiO2纳米管的工艺，并通过交流电沉积的方法在其表面沉积了不同含量的Ag颗粒，研究了沉积时间、AgNO3浓度和沉积电压对氧化钛纳米管阵列光电转换性能的影响。通过SEM、XRD对所制备的纳米管的形貌、结构进行了表征。结果表明Ag颗粒沉积在TiO2纳米管表面。光电转换性能测试结果表明在没有外电压，可见光源、紫外光源条件下，改性后的Ag-TiO2产生的光电流密度分别是TiO2纳米管阵列的光电流密度的5.8倍、4.0倍

2、。当外电压为0.5V时，可见光源、紫外光源条件下，改性后的Ag-TiO2产生的光电流密度分别是TiO2纳米管阵列的光电流密度的2.5倍、2.8倍。改性后的TiO2纳米管对不同pH值浓度为15mg/L甲基橙溶液的降解率不同，相同降解时间下，对pH=13的甲基橙溶液降解率最大，本文从能带理论的角度阐述了Ag掺杂提高二氧化钛纳米管阵列光催化性能的机理，并以此为基础，得出了其它贱金属（Fe、Co、Ni）也可以提高二氧化钛纳米管的光电转化以及光催化性能的推论，通过进一步的实验也验证了推论的正确性。本文利用人工神经网络的方法解决了阳极氧

3、化法制备TiO2纳米管的形貌预测问题。首先将收集到的已有实验数据利用一种创新的方法做简化处理，即将电解液组成部分的数据看成稀疏矩阵，用非零元素的位置和数值来表示这个矩阵，将处理后的数据作为网络的训练和验证样本。然后将纳米管形貌分为分布有序度，管径和管长三个参数并分别做出预测。本文重点讨论了利用径向基函数网络预测纳米管分布有序度和利用BP网络预测管径和管长的具体过程，详细叙述了训练样本的选择，网络结构和参数的选择等构建神经网络的重要问题，最终得到的了预测性能良好的网络。关键词：TiO2纳米管阵列，Ag沉积，光电流，光催化，人工

4、神经网络，预测，形貌i二氧化钛纳米管阵列的金属掺杂改性及人工神经网络对其形貌的预测研究THESTUDYOFDECORATINGTITANIANANOTUBEARRAYSWITHMETALSANDPREDICTINGITSMORPHOLOGYBYARTIFICIALNEURALNETWORKABSTRACTThepreparationofTiO2nanotubearraysbyanodizinghasbeeninvestigatedinthisdissertation.AgnanoparticleswereloadedonTi

5、O2nanotubearraysbyACelectrodepositioninAgNO3solution.TheinfluenceofconcentrationofAgNO3,depositiontimeanddepositionvoltageonphotoelectricconversionpropertiesofTiO2nanotubelayerswerediscussed.ThesampleswerecharacterizedbyX-raydiffraction(XRD)andscanningelectronicmic

6、roscopy(SEM).TheresultsshowthatAgnanoparticleswereloadedontothesurfaceofTiO2nanotubearrays.ThephotocurrentdensityofTiO2wasincreasedby5.8timesafterAgdepositionundervisiblelightand4.0timesunderUVilluminationwithoutexternalvoltage.Inaddition,thephotocurrentdensityofTi

7、O2wasincreasedby2.5timesand2.8timesrespectivelywhenexternalvoltagewas0.5V.ItwasconfirmedthatthepresenceofAgonTiO2catalystscouldenhancethephotocatalyticoxidationofmethylorangesolution(15mg/L).TheexperimentalresultsshowedthatdegradationratewasdifferentwithdifferentpH

8、.ThebestdegradationrateofmethylorangewasobtainedwhenthepHvalueequaled13.ThemechanismofenhancingphotoelectricactivityofdecoratingtitaniawithAgwasd