TiO₂納米管陣列具有良好的光電性能、化學(xué)穩(wěn)定性、可重復(fù)利用性等,因此在降解有機(jī)物、染料敏化太陽(yáng)能電池以及光催化制氫等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。但是工業(yè)污水中存在較多的無(wú)機(jī)離子會(huì)對(duì)TiO₂光催化性能造成一定的影響,盡管也有一些研究來(lái)探討其中機(jī)理,但是大家仍未能夠達(dá)成共識(shí)。另外,目前大多數(shù)的研究都是以鈦片為基底制備樣品,而鈦片不透光會(huì)導(dǎo)致光利用率較低,增加工業(yè)生產(chǎn)的運(yùn)營(yíng)與維護(hù)成本。這些問(wèn)題都會(huì)阻礙二氧化鈦光催化技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用上的推廣。為解決上述問(wèn)題,本文在實(shí)驗(yàn)室采用鈦片基底制備TiO₂納米管陣列的基礎(chǔ)上,采用陽(yáng)極氧化法與慢速升溫?zé)崽幚砉に嚦晒χ苽淞蒜伨W(wǎng)基TiO₂納米管陣列,并著重研究了液相無(wú)機(jī)離子對(duì)其光催化性能的影響。具體成果簡(jiǎn)介如下:（1）探究了印染污水中的無(wú)機(jī)陰離子對(duì)光催化性能的影響。發(fā)現(xiàn)SO₄^2-的存在能夠顯著提高光催化反應(yīng)活性,反應(yīng)常數(shù)為無(wú)添加組的1.28倍,而CO₃^2-、PO₄^... 

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水熱法制得的TiO2納米棒形貌[54]

浙江大學(xué)碩士畢業(yè)論文8綜上所述，目前TiO2納米棒和陣列的制備方法豐富，實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定性好，可重復(fù)性強(qiáng)。然而，制備過(guò)程中依舊存在一些問(wèn)題。例如單純使用模板法無(wú)法獲得納米棒；直接氧化法對(duì)于產(chǎn)物的形貌以及結(jié)構(gòu)可控性較差；水熱法盡管操作簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟，然而無(wú)法獲得大面積的TiO2納米棒陣列。1.3.3TiO2納米線TiO2納米線是另一種典型的一維納米結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)呈細(xì)線狀，長(zhǎng)度直徑比≥10，主要的制備方法有模板法、靜電紡絲法、水熱法等。Lei等[56]采用溶膠-凝膠法在Al2O3模板上制得了具有良好光學(xué)特性的高度有序的單晶銳鈦礦型TiO2納米線陣列。Li等[57]采用靜電紡絲法首次制備了具有銳鈦礦相的TiO2納米線，合成的TiO2納米線形貌如圖1.5所示，其具有多孔結(jié)構(gòu)，并且直徑可控。由于靜電紡絲法工藝簡(jiǎn)單且過(guò)程可控，因此受到了許多研究人員的青睞。GRIMES課題組[58]采用水熱法，通過(guò)非極性溶劑和親水基底之間發(fā)生的界面反應(yīng)，在FTO導(dǎo)電玻璃基底表面直接生長(zhǎng)了垂直于基底表面且致密有序的單晶TiO2納米線陣列。Wang等[59]以TiO2粉末與NaOH溶液為原料，采用水熱法制得了TiO2納米線。由于受到維度限制，TiO2納米線表現(xiàn)出了特殊的性能，例如其具有導(dǎo)電性強(qiáng)、方向性好、比表面積大的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在反應(yīng)產(chǎn)物的尺寸均勻性差，可控性差等問(wèn)題。圖1.5靜電紡絲法合成的TiO2納米線形貌[57]Fig.1.5SEMimagesofTiO2NanowirespreparedbyElectrospinning[57]1.4TiO2納米管陣列薄膜的性質(zhì)、制備與應(yīng)用納米TiO2光催化性能優(yōu)異，但是對(duì)于粉末狀的納米TiO2顆粒來(lái)說(shuō)，其尺寸較小，易在水溶液中凝聚并且難以回收再利用，同時(shí)當(dāng)懸浮粒子濃度超過(guò)閾值時(shí)，

化的鈦酸酯納米管進(jìn)行熱處理，制備了可見(jiàn)光響應(yīng)的N摻雜TiO2納米管(圖1.8c、d)。所獲得的N摻雜TiO2納米管在可見(jiàn)光照射下對(duì)亞甲基藍(lán)的光降解具有熱穩(wěn)定性和魯棒性。溶劑熱法能夠較好地控制納米尺寸、晶相以及窄尺寸分布，但是有機(jī)溶劑的存在使得其反應(yīng)條件更加嚴(yán)苛。1.4.2.4陽(yáng)極氧化法與上述三種制備方法相比，陽(yáng)極氧化法制得的納米管以均勻單一的管狀結(jié)構(gòu)在Ti襯底上生長(zhǎng)，且其管徑厚度可控、管徑大小長(zhǎng)度可調(diào)，且設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低廉、操作簡(jiǎn)便，因而成為最主要的制備方法。陽(yáng)極氧化法制備二氧化鈦納米管的裝置示意圖如圖1.9所示。圖1.9陽(yáng)極氧化法制備的TiO2納米管，其中(a)為裝置示意圖，(b)為制備得到的TEM圖，(c)為使用陽(yáng)極氧化法制備得到的TiO2納米管的典型性質(zhì)[79]Fig.1.9TiO2nanotubesarefabricatedbyanodicself-organization，(a)schematicsynthesispath,(b)typicalmorphologyinTEMimage,and(c)characteristicfeaturesofTiO2nanotubesformedbyanodicself-organization[79].根據(jù)電解液體系成分的差別，可將陽(yáng)極氧化法制得的TiO2納米管陣列(TNTAs)歸為四代。2001年，Gong等[80]以0.5wt%的HF的水溶液為電解液對(duì)Ti箔陽(yáng)極氧化，制得了高度有序的TiO2納米管陣列。然而氫氟酸溶液酸性過(guò)強(qiáng)，導(dǎo)致TiO2在其中的溶解速率較大，因此納米管長(zhǎng)度基本都小于500nm，這種在HF電解液體系中制得的TNTAs被稱為第一代TNTAs。第二代TNTAs是在含F(xiàn)－的緩沖溶液中制備的。第一代與第二代制得的TiO2納米管厚度很薄并且十分粗糙，因而研究人員考慮對(duì)電解液作進(jìn)一步的改良。Grimes[81]通過(guò)在NH4F+EG(乙二醇)體系中對(duì)Ti箔氧化17h制得了第三代TNTAs，得到納米管的長(zhǎng)度為134μm，長(zhǎng)徑比達(dá)到835。其通過(guò)用極性有機(jī)溶劑來(lái)取代水溶劑，制得含F(xiàn)-的

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Preparation of Au nanoparticles modified TiO2 nanotube array sensor and its application as chemical oxygen demand sensor[J]. Longqi Liang,Jiao Yin,Jinpeng Bao,Linchuan Cong,Weimin Huang,Haibo Lin,Zhan Shi.  Chinese Chemical Letters. 2019(01)
[2]Review of the progress in preparing nano TiO2: An important environmental engineering material[J]. Yan Wang,Yiming He,Qinghua Lai,Maohong Fan.  Journal of Environmental Sciences. 2014(11)

碩士論文
[1]沿不同取向結(jié)晶的單晶二氧化鈦納米管陣列的制備及性能[D]. 裘呂超.浙江大學(xué) 2018



本文編號(hào)：3417377