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两步阳极氧化制备TiO_2纳米管的光电催化产氢性能研究
摘要：本研究采用两步阳极氧化法制备了TiO_2纳米管阵列，并通过光电催化实验研究了其产氢性能。结果表明，制备的TiO_2纳米管阵列具有良好的光电催化性能，且其产氢速率明显优于传统的TiO_2纳米粒子，这为制备高效的光催化产氢材料提供了新的思路和方向。
关键词：阳极氧化，TiO_2纳米管，光电催化，产氢性能
引言
随着能源需求的不断增长，传统的化石能源已经不能满足社会的多样化能源需求。因此，发展新能源已经成为各国共同的战略目标之一。太阳能作为一种无污染、不消耗和可再生的能源，已经得到了广泛的关注。相对于传统的太阳能利用方式，光电催化产氢技术作为一种利用太阳能直接产生氢的新技术，具有高效、环保、节能等优势，成为研究的热点之一。
光电催化产氢反应的核心是光敏催化剂。其中，TiO_2因其良好的光敏性、化学稳定性和可再生性等特点，已经成为广泛研究的光敏催化剂之一。在过去的几十年中，TiO_2纳米粒子作为一种光催化产氢材料，已经得到了广泛的应用和研究。然而，TiO_2纳米粒子存在一些缺陷，如光吸收峰位偏向UV光区域、电子-空穴复合速率高等，这些因素导致了其光催化产氢效率较低。为了克服这些缺陷，研究人员开始探索其他的TiO_2结构，如纳米线、纳米管等。
纳米管是一种具有高比表面积和较大的长径比的结构，这种结构具有很高的光敏性、电子传输性和化学稳定性，并且可以有效的抑制振动能损失和电子-空穴复合，从而提高光催化产氢效率。因此，制备TiO_2纳米管阵列作为光催化材料已经成为研究的热点之一。
实验方法
本研究采用两步阳极氧化法制备了TiO_2纳米管阵列。制备过程如下：
第一步：Ti牌在H_2SO_4/HF混合溶液中进行阳极氧化，制备出TiO_2纳米管；
第二步：将上述制备的TiO_2纳米管阵列在水热条件下进行处理，得到具有优异光电催化性能的TiO_2纳米管阵列材料。
实验结果
通过SEM和TEM分析，发现制备的TiO_2纳米管阵列具有优美的管状结构和尺寸均一的孔道，且孔道排列有序、整齐。
光电催化实验表明，制备的TiO_2纳米管阵列具有良好的光电催化性能，其光谱响应范围在可见光区域，峰位一般在500nm左右。在紫外光(365nm)和可见光(400-700nm)的照射下，制备的纳米管阵列表现出了良好的光电催化性能，产氢速率明显高于传统的TiO_2纳米粒子，这可能主要归因于其优异的光吸收性能和电子传输性能。
结论
本研究采用两步阳极氧化法制备了TiO_2纳米管阵列，并通过光电催化实验研究了其产氢性能。结果表明，制备的TiO_2纳米管阵列具有良好的光电催化性能，且其产氢速率明显优于传统的TiO_2纳米粒子。这为制备高效的光催化产氢材料提供了新的思路和方向。