氮化钛纳米管及其复合材料的制备及电化学性能研究文献综述

 2022-11-04 11:11

文 献 综 述

1 TiO2纳米管

自从 1991 年Iijima[1]发现碳纳米管以来,已经用碳纳米管模板合成出各种不同的氧化物纳米管,如SiO2 ,V2O5 ,Al2O3 ,MoO3等,二氧化钛由于其化学惰性,良好的生物兼容性,较强的氧化能力,以及抗化学腐蚀和光腐蚀的能力,价格低廉,在能量转换﹑废水处理﹑环境净化﹑传感器﹑涂料﹑化妆品﹑催化剂﹑填充剂等诸多领域引起人们极大的关注[2]。研究结果表明:TiO2的晶粒大小,形状,相组成或表面修饰以及其它成分的掺杂对其性质﹑功能有显著的影响,纳米管的比表面积大,因而具有较高的吸附能力,有良好的选择性,可望具有新奇的光电磁性质,具有很好的应用前景[3-4]

2 TiO2纳米管的制备

TiO2纳米管的制备方法主要有水热法、模板法和阳极氧化法,目前阳极氧化法是最普遍的使用方法。

2.1 水热法

水热法制备TiO2纳米管,主要通过将TiO2纳米粒子与碱性溶液混合,在反应釜中进行一系列化学反应从而获得纳米管。1998年,Kasuga等[5]首次采用水热法合成直径8 nm,管长100 nm,比表面积400 m2/g的TiO2纳米管。Liu等[6]通过水热法合成管长500 nm,比表面积330 m2/g的TiO2纳米管,应用于光降解甲基环己烷污染物。由于TiO2纳米管具有较大的比表面积和较多的活性位点,能与溶液充分接触,所以具有较好的光催化性能。Myahkostupov等[7]将水热法制备TiO2纳米管应用于染料敏化太阳能电池,通过控制实验温度、煅烧温度等条件,制备高效率的染料太阳能电池。水热法制备TiO2纳米管的优点:a.可以直接通过调整原料配比、温度等条件,得到不同要求的纳米管;b.可直接制备结晶性良好的粉体,无需锻烧从而避免团聚产生;c.成本低廉、工艺简单,便于产业化等。但制备需要高温高压、反应时间过长、制备纳米管的长度有限、纳米管晶型结构过度依赖于TiO2纳米颗粒的晶型等,是水热法的缺点。

2.2 模板法

模板合成法是利用模板固有的特定尺寸、特定结构,通过气相沉积、电化学沉积或者液相沉积的方法向模板中填充原料,从而形成具有类似模板的纳米结构材料。制备TiO2纳米管中使用的较多的模板是有序的多孔氧化铝(PAA)[8]。PAA模板制备方法主要采用阳极氧化法,简单方便。Tan等[9]采用阳极氧化法制备高度有序的PAA模板,后利用模板制备管长300 nm的TiO2纳米管。PAA模板制备TiO2纳米管的优点可以通过调控模板的各种参数来制备所需的材料,实现材料的可控性,制备的条件不高,工艺比较简单。但同时也有一些缺点:a. PAA纳米管模板较脆易碎,后续去除模板时可能会破坏TiO2纳米管结构,同时造成原材料浪费和模板残留;b. 纳米管的形状和管长受模板的限制;c. 实验操作过程工艺较繁琐,重现性较差。

2.3 阳极氧化法

阳极氧化法制备TiO2纳米管是在以阳极为纯Ti,阴极为惰性电极或金属,电解液为含氟电解液的两电极体系中制备的。1999年,Zwilling等[10]在含氟的电解液中,低电压阳极氧化Ti金属制备TiO2多孔薄膜,为阳极氧化制备TiO2纳米管提供了新的研究思路。现阶段普遍认为TiO2纳米管阵列的生长机理分为三个阶段[11],阻挡层形成,多孔氧化膜形成,多孔氧化膜生长,其相关的反应式如下:

H2O

剩余内容已隐藏,您需要先支付 10元 才能查看该篇文章全部内容!立即支付

课题毕业论文、开题报告、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。