tio2納米管陣列的制備及其光解水性能優(yōu)化研究

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1、分類號學號M201170765學校代碼10487密級碩士學位論文TiO2納米管陣列的制備及其光解水性能優(yōu)化研究學位申請人：何長榮學科專業(yè)：材料學指導教師：夏風副教授肖建中教授答辯時間：2014.2.13萬方數(shù)據(jù)AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringFabricationandPhotoWaterSplittingPerformanceOptimizationofTiO2NanotubeArraysCandidate

2、:HeZhangrongMajor:MaterialScienceSupervisor:Assoc.Prof.XiaFengProf.XiaoJianzhongHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan,Hubei,430074,P.R.ChinaFebruary,2014萬方數(shù)據(jù)獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學位論文是我個人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除文中已經(jīng)標明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出貢獻的個人和集體，均已在文中

3、以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔。學位論文作者簽名：日期：年月日學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，即：學校有權保留并向國家有關部門或機構(gòu)送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權華中科技大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。保密□，在年解密后適用本授權書。本論文屬于不保密□。（請在以上方框內(nèi)打“√”）學位論文作者簽名：指導教師簽名：日期：年月日日期：年月日萬方數(shù)據(jù)華中科技大學碩士學位論文摘

4、要利用太陽能分解水制取氫氣是獲取可再生能源的理想方法。TiO2納米管陣列在光解水的應用有極大的潛力。然而獲得規(guī)整的開口TiO2納米管陣列仍存在困難，相結(jié)構(gòu)對TiO2納米管陣列光電性能的影響仍有待探討，TiO2納米管/Ti基底界面阻擋層厚度控制仍鮮見報道。再者，目前TiO2納米管陣列光解水的能量轉(zhuǎn)換效率約為1%，遠小于目標值10%。針對以上問題，本研究改進制備規(guī)整開口的TiO2納米管陣列的方法，研究TiO2納米管陣列相結(jié)構(gòu)對光解水性能的影響，以期提高光解水的能量轉(zhuǎn)換效率。改進了的制備規(guī)整開口的TiO2納米管陣列方法為單液兩步陽極氧化法：首先通過陽極

5、氧化并退火在金屬Ti表面形成金紅石相保護膜，再通過第二步陽極氧化使保護膜的孔洞向下生成規(guī)整的納米管陣列，并且保護膜在溶液中有較好的抗腐蝕性能，能有效阻隔納米管口與電解液的接觸，避免納米管口因化學溶解而分裂成納米線。本方法所制備的TiO2納米管的壁厚、外直徑和長度分別為20nm、135nm和21μm左右。研究了熱處理對TiO2納米管陣列的相結(jié)構(gòu)的影響。研究結(jié)果表明：隨著退火溫度升高，TiO2納米管結(jié)晶度提高，光電流密度也隨之增大。而當退火溫度高于650℃時，金紅石相的出現(xiàn)降低了銳鈦礦相的含量，光電流密度下降。采用更快的冷卻速率，銳鈦礦-金紅石相轉(zhuǎn)變

6、起始溫度向高溫推移，說明較快的冷卻速率能抑制金紅石相的形核與長大。采用較快的冷卻速率能抑制冷卻過程中TiO2納米管/Ti基底界面阻擋層厚度的增加，利于光電流密度的提高。利于XPS進行元素分析表明，在有機溶液中陽極氧化制備的TiO2納米管陣列發(fā)生C摻雜。紫外-可見光分光光度計研究發(fā)現(xiàn)TiO2納米管陣列對可見光的吸收能力顯著增強。經(jīng)過650℃退火30min并采用油冷方式冷卻的TiO2納米管陣列光解水能量轉(zhuǎn)換效率達到1.8%。關鍵詞：光解水；TiO2納米管陣列；相結(jié)構(gòu)；阻擋層；C摻雜；能量轉(zhuǎn)換效率I萬方數(shù)據(jù)華中科技大學碩士學位論文AbstractSol

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

8、al,thereislittlereportonthecontrolofthethicknessofbarrierlayerattheo