高分子-氧化钛复合膜的制备与表征(2)

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3 二次恒电流阳极氧化法制备PATNT膜 14

3.1 实验部分 14

3.2 阳极氧化时间对二次氧化的影响 15

3.3 电解液浓度对二次氧化的影响 16

3.4 电流密度对二次氧化的影响 17

3.5 本章小结 18

结论 19

致谢 21

参考文献 22

1 绪论

1.1 课题研究背景及其研究意义

二氧化钛TiO2具有较高的化学稳定性、光催化活性、亲水性、很强的散色能力、吸收紫外线能力、杀菌能力、无毒[1-4]、容易制备、价格低廉等优点，特别是具有光电转换、光致变色及光催化等独特的光物理化学性能。填充在有机膜中可以提高膜的热稳定性、机械强度和渗透能力，并且TiO2本身的特性也会在杂化膜中得到综合体现。因此，近年来高分子-TiO2复合膜[5]的研究受到广泛关注，TiO2的形貌、尺寸对复合膜的性能有重要影响，目前，高分子-TiO2复合膜中无机组分TiO2多以纳米颗粒[6]的形式存在。

随着纳米技术研究热潮的兴起，利用物理和化学的方法人工地将纳米材料排列成一维、二维和三维的纳米结构TiO2体系成为近年来研究的热点，其中一维的TiO2纳米管具有更大的比表面积和更强的吸附能力，表现出更高的光催化活性[7]和光电转换效率[8]，在传感器[9]、太阳能电池[10]、光分解水制氢[11]、光催化降解有机物等领域有着广泛的应用。目前已经有一系列制备二氧化钛纳米管以及纳米管阵列的方法，主要包括模板法[12]、水热合成法、阳极氧化法[13-15]等。模板法是利用溶胶凝胶法以多孔阳极氧化铝或有机凝胶为模板来制备TiO2纳米管的一种方法，通过使用不同模板来调节纳米管的长度、孔径和管壁厚度，然后选择地分解或除去模板就可以得到TiO2纳米管，但是模板法的制备工艺过于复杂[6]，得到的纳米管的形状和大小会受到模板孔的形状和尺寸[7]的限制，并且纳米管和模板分离时容易破坏纳米管的形貌，因此它的重现性很差。与模板法相比水热法合成二氧化钛纳米管方法简单，既不需要昂贵的仪器，也不需要特殊的化学试剂，水热法是利用碱溶液在水热条件下处理不同颗粒半径的TiO2纳米粉体，再用稀盐酸处理，就能得到不同形貌的纳米管，和模板法相比，水热法的优点是能得到不同管径程度的TiO2纳米管，缺点是纳米管的有序性很差，不够规整。然而，在氟化物电解液中阳极氧化金属钛的这种阳极氧化法，可以较为容易地得到尺寸精确可

控制的纳米管结构以及高度有序的纳米管阵列。在适当的电化学条件下，可以轻易生长出各种纳米管孔径（22~110nm）、长度（200~6000nm）以及壁厚（7~34nm）均匀的二氧化钛纳米管阵列。

1991年，Zwilling及其合作者在含氟电解液中阳极氧化金属钛得到具有多孔表面的二氧化钛薄膜。2001年，Grimes及其合作者[5]用金属钛在HF电解液中阳极氧化制得结构规整的TiO2纳米管阵列。通过改变电解质的PH值以及浓度，Grimes及其合作者再次使用PH为5.5的氟化物溶液制得了长度为6.4nm的纳米管阵列。相继，Schmuki及其合作者]也报道了在中性氟化物溶液中阳极氧化金属钛得到较长的纳米管。一系列的文献报道证明，这种材料所具有的独特性能使它在太阳能电池阳极材料、光电催化材料、光解水材料、气敏传感器材料、自清洁、生物医学材料等领域具有可观的科学价值以及实用价值。