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基于AAO模板的TiO_2微纳结构及其光电特性
摘要
本研究通过模板法制备了一系列TiO2微纳结构，并对其表征和光电性质进行了研究。结果表明，通过不同的成核方式和退火温度可以获得不同形貌的TiO2微纳结构；此外，这些结构在紫外-可见光谱范围内有很强的吸收，表现出很好的光学性能；而且，它们的光电化学性质也有所改善，能有效地促进光催化反应。这些结构对于光催化分解有机污染物和制备新型光电材料都具有潜在应用价值。
关键词：AAO模板；TiO2微纳结构；形貌；光学性能；光电化学性能
Abstract
Inthisstudy,aseriesofTiO2micro/nanostructureswerepreparedbytemplatemethod,andtheircharacterizationandphotoelectricpropertieswerestudied.TheresultsshowedthatdifferentmorphologiesofTiO2micro/nanostructurescanbeobtainedbydifferentnucleationmethodsandannealingtemperatures.Inaddition,thesestructureshavestrongabsorptionintheUV-visiblespectrum,showinggoodopticalproperties;moreover,theirphotoelectrochemicalpropertieshavealsoimproved,andcaneffectivelypromotephotocatalyticreactions.Thesestructureshavepotentialapplicationinphotocatalyticdecompositionoforganicpollutantsandpreparationofnewphotoelectricmaterials.
Keywords:AAOtemplate;TiO2micro/nanostructures;morphology;opticalproperties;photoelectrochemicalproperties
1.引言
近年来，TiO2微纳结构在光催化、光电材料等领域引起越来越广泛的关注。由于其特殊的光学和电学性质，TiO2微纳结构被认为是一种非常重要的光电材料，具有广泛的应用潜力。在研究中，常常使用模板法制备TiO2微纳结构，其中AAO(AnodicAluminumOxide)模板被广泛应用。AAO模板由于具有孔径可控、形貌多样、易于处理等优点，已成为制备各种微纳结构的重要工具。
在本研究中，利用AAO模板制备了一系列TiO2微纳结构，并对其进行了表征和性能研究。结果表明，通过不同的成核方式和退火温度可以获得不同形貌的TiO2微纳结构；此外，这些结构在紫外-可见光谱范围内有很强的吸收，表现出很好的光学性能；而且，它们的光电化学性质也有所改善，能有效地促进光催化反应。因此，这些结构对于光催化分解有机污染物和制备新型光电材料都具有潜在应用价值。
2.实验方法
2.1实验材料
实验中所用的材料有：AAO模板、氯化钛、异丙醇、异丁醛、氨水、去离子水等。
2.2试样制备
将AAO模板切割成适当大小，清洗后置于玻璃基片上固定。
2.3TiO2制备
根据不同实验要求，可采用不同的制备方法和参数。具体如下：
a.氢氧化钠法
将AAO模板放置于含有0.1mol/L氨水和5mol/L氯化钛的异丙醇-水溶液中，稀释后浸泡2h；然后将样品取出，在150℃下干燥2h，最后在空气中升温到500℃退火4h。
b.氯化钛法
将AAO模板放置于含有0.02mol/L氯化钛的异丁醛-去离子水溶液中，浸泡4h；然后将样品取出，在100℃下干燥2h，再在空气中升温到350℃退火2h。
2.4表征方法
a.扫描电子显微镜(SEM)
采用SEM观察TiO2微纳结构的形貌和尺寸。
b.X射线粉末衍射(XRD)
采用XRD对TiO2微纳结构进行晶体结构分析。
c.紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)
采用UV-Vis测试TiO2微纳结构的光学吸收性质。
d.光电化学性能测试
利用三电极系统测试TiO2微纳结构的光电化学性质，其中以Pt丝为计数电极，Ag/AgCl为参比电极，样品为工作电极，测试溶液为0.01mol/LKCl和0.1mol/L甲酸溶液(光照下)或0.1mol/LNa2SO4溶液(不光照)，实验中光源使用300W氙灯。
3.结果和讨论
3.1TiO2微纳结构的制备和表征
采用不同的成核方式和退火温度，制备了一系列具有不同形貌的TiO2微纳结构。通过SEM观察，发现氢氧化钠法制备的Ti