TiO2－金属同轴纳米阵列的制备(2)
1.3课题目的和意义 5
2实验部分 6
2.1试剂与材料 6
2.2实验仪器 6
2.3二氧化钛纳米阵列的制备 6
2.3.1阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列 6
2.3.2 Ag/TiO2同轴结构的构建 7
2.4测试与表征 8
2.4.1透射电镜 8
2.4.2紫外-可见吸收光谱 8
3 结果与讨论 9
3.1产物的初步表征 9
3.2电沉积时间对Ag/TiO2同轴纳米线阵列质量的影响 10
3.3电流密度对Ag/TiO2同轴纳米线阵列的影响 11
3.4添加剂对Ag/TiO2同轴纳米线阵列的影响 13
4 结论 14
致 谢 15
参考文献 16
1前言
目前，人们投入了大量的人力和物力在绿色能源的开发、利用、转换、储存等方面。其中，光催化制氢是一个十分重要且很有应用前景的研究方向。通过光催化制氢可以把不稳定、能量密度低、难于收集的太阳能转换为能量密度高、易于运输和储存、相对稳定的氢能。而二氧化钛是一个高效光催化制氢催化剂。因而，受到了广泛关注。二氧化钛可以作为一种无机功能材料，在能源和环境有关的应用方面得到了科研人员的广泛关注。而纳米材料也因为其独特的性质在各个高科技领域产生了深远的影响。纳米材料的表面效应等独特性质与块体材料相比较具有更优异的性质[1]。纳米TiO2可以运用在很多方面，包括光催化制氢[2-7]、太阳能电池[8,9,10]等。纳米材料的尺寸和形貌决定了纳米材料的性能。人们往往通过控制纳米材料的尺寸、形状等性质，来改善纳米材料的性能和工作效率。比如可以通过提高二氧化钛的表面积、可以使二氧化钛的催化性能得到大幅的提高。
在光催化领域，负载于基底上的TiO2纳米管阵列与无序的纳米粒子膜相比有着明显的优势[11-15]。同时，TiO2纳米管阵列拥有很强的光捕获能力。这就使得TiO2纳米管阵列可以成为一个很好的光催化剂。
在具有异质结构的二氧化钛基催化剂中二氧化钛-金属复合纳米阵列是十分常见的一类[16,17]。想要获得性质不同的二氧化钛基阵列，可以在不同形貌的二氧化钛基阵列上负载不同的金属。负载不同形貌和分布的金属可以对纳米阵列造成很大的影响[18]。比如可以通过二氧化钛纳米管中沉积金、银等贵金属，形成同轴纳米管，依靠贵金属在可见光区和红外区有较高的光吸收能力[19,20]拓展二氧化钛纳米阵列的工作波长[21]。
1.1 二氧化钛纳米阵列的制备方法
目前，水热法[22,23]、模版法[24]和阳极氧化法[25,26]是最常见的TiO2纳米阵列的制备方法。
1.1.1 水热法制备TiO2纳米阵列
水热法是一种操作简单的方法，它具有产率高、转化率高、产品结晶率高等优点。水热法能耗相对较低，在水热过程中，易于调节反应温度、反应时间等各项变量，可控制结晶的形状和大小。反应在密闭空间中进行，可形成有利于反应的条件，甚至获得特殊的物相。在有毒体系中的反应可以有效的减少环境污染。水热法是把含钛化合物作为钛源，在高温、高压的反应环境下，在固体基底上构建TiO2纳米阵列的方法。使用水热法，需在固体基片上预先引入晶种，用于引导阵列有序生长。晶种的引入方式有旋涂[27]、蒸发诱导[28]等。人们利用这些方法可以在ITO和FTO导电玻璃上构筑定向排列的TiO2纳米阵列。
1.1.2模版法制备TiO2纳米阵列
模版法是合成纳米材料的重要方法，它具有可控性强的优点。这种方法是采用在固体基地上构建一个已知形貌的模版，通过模版的诱导作用，制备出与模版形貌相似的纳米材料，最后去触摸板即可。模版法所使用的材料一般是价格相对低廉且易于去除的物质。之所以选择易于除去的物质是防止模版的残留物对产品的纯度造成影响[29]。一般使多孔氧化铝[30-33]作为阳极。但是，氧化铝模板制备工艺较为复杂、形貌变化单一，调制幅度较小。