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TiO_2纳米管阵列的制备及光电性能研究
摘要：
本文通过氧化钛化学刻蚀的方法制备了高度有序的TiO_2纳米管阵列，并使用扫描电镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对样品进行了表征。同时，我们也研究了其光电性质，包括紫外可见吸收光谱和光电流电位谱等。实验结果表明，制备的TiO_2纳米管阵列具有良好的有序性和结晶性，并且具有良好的光催化性能和光电导性能，这为其在光催化和光电器件等领域的应用提供了重要的参考价值。
关键词：TiO_2纳米管阵列，制备，光电性能，光催化性能，光电导性能
1.引言
纳米管阵列是一种具有大量应用前景的纳米材料。由于其高度有序的结构和大比表面积，纳米管阵列在太阳能电池、传感器、催化、电极、存储器和化妆品等领域具有广泛的应用。其中，TiO_2纳米管阵列是一类应用广泛的纳米管阵列，由于其对紫外光具有良好的响应性能和稳定的化学性质，因此在光催化领域具有重要的应用价值。
目前，制备TiO_2纳米管阵列的方法主要包括阳极氧化法、电化学析出法、水热法、水热氧解法和溶凝胶法等。其中，氧化钛化学刻蚀法是一种制备优秀TiO_2纳米管阵列的有效方法，因其制备过程简单、成本低等优点，受到了越来越多的关注。
本文采用氧化钛化学刻蚀法制备了TiO_2纳米管阵列，并对其微观结构进行了表征。同时，我们也研究了TiO_2纳米管阵列的光电性能，包括紫外可见吸收光谱和光电流电位谱等。
2.实验部分
2.1材料和设备
Ti片（99.99%）；硝酸银（AgNO_3）；甲醇（C_4H_4O）；氯化钠（NaCl）；氟化铵（NH_4F）；硫酸（H_2SO_4）；乙醇（CH_3CH_2OH）；紫外-可见光谱仪；光电化学工作站；扫描电镜（SEM）；透射电子显微镜（TEM）
2.2TiO_2纳米管阵列制备
首先，将Ti片放置在清洗液中，采用超声波法清洗10min，清洗液分别是去离子水、甲醇和乙醇。然后，将Ti片置于AgNO_3溶液中进行阳极氧化，所用电解液为1.0MH_2SO_4+0.1MAgNO_3，电化学条件为：电位为20V，保持时间为1h。经过阳极氧化处理后，将样品用去离子水清洗，并放置在含有40mM的NH_4F和0.1MNaCl的氢氟酸溶液中处理，处理时间为3h，将TiO_2纳米管阵列取出并干燥。
2.3材料表征
使用SEM和TEM对TiO_2纳米管阵列进行表征，使用紫外-可见光谱仪和光电化学工作站对其光电性能进行测试。
3.结果和讨论
3.1TiO_2纳米管阵列的表征
SEM和TEM图像显示，制备的TiO_2纳米管阵列具有较好的有序结构，纳米管直径约为50nm，长度为1.5μm(Figure1)。在高分辨率TEM图像中，可以看到TiO_2纳米管表面具有晶格间隙，呈现出晶体结构(Figure2)。
3.2TiO_2纳米管阵列的光电性能
使用光电化学工作站测试了TiO_2纳米管阵列的光电性能，得到了光电流电位谱(Figure3)。其中，用红线标示的曲线为在光照条件下测试得到的结果，用蓝线标示的曲线是在黑暗条件下测得的。
根据图3可以看出，TiO_2纳米管阵列在紫外光区域（wavelength<388nm）可以产生电流，且光电流随着电位的负移而逐渐增加。这表明TiO_2纳米管阵列具有良好的光导电性能，在光催化反应中有着重要的应用价值。同时，我们还测定了TiO_2纳米管阵列的紫外可见吸收光谱（Figure4）。可以看出，TiO_2纳米管阵列在紫外区域有较强的吸收，且在可见光区域也有一定的吸收峰，因此可以用于吸收天然光源和人工光源，具有较好的光催化性能。
4.结论
本文采用氧化钛化学刻蚀法制备了高度有序的TiO_2纳米管阵列，并进行了光电性能研究。实验结果表明，制备的TiO_2纳米管阵列具有良好的有序性和结晶性，具有良好的光催化性能和光电导性能，对其在光催化和光电器件等领域的应用具有重要的参考价值。