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一维的阳极氧化钛纳米管(Titanium Oxide Nanotube, TONT)阵列为电荷传输提供了直接的通道,作为电化学能量转化和储存器件的工作电极具有很大的潜力。对于TiO2纳米管在光催化领域的应用,因其表面积较小,不利于光电转化效率的提高。而TiO2纳米管阵列的表面积与纳米管尺寸有关。当管径固定时,纳米管的表面积与管长成正比,所以增加管长、提高TiO2纳米管的长径比成为提高TiO2纳米管光催化性能的方法之一另一方面,电子-空穴对的复合也限制了其光电转换效率。首先,利用电化学阳极氧化法在钛基底上制备出TiO2纳米管阵列,通过形貌表征显示其高度有序,排列紧密,且纳米管管径均匀,管壁光滑。同时分析了TiO2纳米管阵列的形成机理与电流-时间曲线变化的关系。其次,研究了TiO2纳米管的长度及表面状态对其光催化能力的影响。长时间氧化后(180 min)纳米管表面因场致溶解出现纳米线,阻碍了离子的传输,导致其光电流密度有所下降。为了得到表面依然平整的长纳米管以增加TiO2纳米管的表面积,本文通过改善的三步氧化法得到双层结构的TONT并通过温和超声法去除表面纳米线。长时间氧化后,作为牺牲层的第一层纳米管(First Layer, L1)被腐蚀转化成纳米线,但是第二层纳米管(Second Layer, L2)由于有第一层的保护没有受到影响,得到纳米线/纳米管(L1/L2)的双层结构。因为此双层结构界面有明显的间隙,经过温和超声后可以有效的去除第一层的纳米线结构,从而得到第二层的长纳米管且表面管口平整结构。通过此方法调整双层TONT的氧化时间从而得到表面无纳米线的长纳米管,达到增加TiO2纳米管的表面积,提高TONT的光催化性能的目的。最后,TONT由于大量的表面缺陷造成了显著的表面复合从而阻碍了其光解水性能提高。通过在TONT上原子层沉积(Atomic Layer Deposition, ALD)一层高质量Al2O3(表示为TONT-A)以钝化TONT表面状态后,光电流密度相较于原始TONT电极提高了0.8倍。电极性能的提高是由于沉积的Al2O3层同时具有较低的界面缺陷密度以及较高的固定负电荷密度,能够达到化学钝化以及场效应钝化双重作用,有效降低了电子空穴对复合。这些结果不仅加深了对钝化效应的了解,而且对于设计其它能量转化器件有一定的指导作用。