【摘 要】
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二氧化钛因其独特的气敏传感和光电转换特性,成为气体检测和光催化领域的重要功能材料。但由于禁带宽度较宽、制备和结晶过程中易出现高活性点缺陷以及TiO2粉体易造成二次污染
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二氧化钛因其独特的气敏传感和光电转换特性,成为气体检测和光催化领域的重要功能材料。但由于禁带宽度较宽、制备和结晶过程中易出现高活性点缺陷以及TiO2粉体易造成二次污染等因素的影响,TiO2的实际应用受到了极大的制约。因此,对TiO2阵列薄膜制备技术和性能改进的研究具有重大的科学意义和实际应用价值。本论文在氟化铵、水和乙二醇的有机电解液体系中,阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列薄膜,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等方法对所制得样品进行表征和分析,研究了不同实验参数(实验电压、电解液浓度)对TiO2纳米管表面形貌和尺寸的影响;同时通过氨气气氛退火热处理和硫脲溶液浸渍进行TiO2纳米管阵列薄膜的N元素掺杂和S/N元素共掺杂改性,研究了掺杂元素在TiO2中的掺杂机制和掺杂处理对TiO2纳米管形貌、晶型以及气敏、光催化性能的影响。结果表明:(1)TiO2纳米管阵列均匀的分布在钛片基底上,管径120190nm,管长约40μm。(2)纳米管的尺寸参数随电压和电解液浓度变化呈现出一定的规律性,通过控制不同的实验参数可实现纳米管的可控制备。(3)实现了S元素和N元素在TiO2纳米管晶格中的共掺杂,替位掺杂和间隙掺杂为主要掺杂态。(4)非金属元素掺杂促进了低温下TiO2由锐钛矿结构向金红石结构转变,同时,掺杂处理没有破坏TiO2纳米管阵列的表面形貌和微观结构。(5)掺杂处理后,样品的光催化性能有较大提高,具有明显的可见光响应。
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