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Ag改性TiO_2纳米管阵列的光电化学性能研究
摘要：
本文研究了Ag改性TiO_2纳米管阵列的光电化学性能。首先制备了TiO_2纳米管阵列，然后采用电化学法在其表面沉积Ag纳米颗粒，并通过扫描电子显微镜、X射线光电子能谱等手段对其进行了表征。结果表明，在最优Ag浓度下，Ag改性TiO_2纳米管阵列的光电化学性能得到了显著提高，可用于污染物降解等领域。
关键词：
Ag改性；TiO_2纳米管；光电化学性能
引言：
TiO_2纳米管阵列因其在光催化、光电化学领域具有广泛应用前景而备受关注。但由于其粗糙表面和缺乏可见光响应等局限性，其性能仍有提高空间。Ag作为一种优秀的表面修饰材料具有良好的电子传输和表面增强拉曼散射等性质，因此利用Ag改性TiO_2纳米管阵列对其光电化学性能进行研究，将为其应用提供新的思路和方法。
实验部分：
实验材料：TiO_2纳米管阵列（直径50nm，长度4000nm）和AgNO_3；
实验仪器：高分辨透射电镜（HRTEM）、X射线光电子能谱（XPS）、紫外-可见漫反射光谱（UV-VisDRS）等设备；
实验过程：首先制备了TiO_2纳米管阵列，并采用电位扫描法确定其阳极电位。然后，将其置于AgNO_3溶液中进行电沉积。电沉积时间和AgNO_3浓度对Ag改性TiO_2纳米管的光电化学性能影响进行了研究。
结果与讨论：
利用HRTEM观察TiO_2纳米管阵列表面，可以看到沉积有均匀分布的Ag纳米颗粒（图1）。并通过XPS对Ag-TiO_2纳米管阵列进行表征，结果显示样品表面亚银(Ag0)的占比最高，表明Ag呈现纳米粒子的存在（图2）。另外，随着AgNO_3浓度的增加，Ag纳米颗粒的大小和分布均发生了变化，同时纳米管阵列的吸收能力也增强。图3显示了不同AgNO_3浓度下的吸收光谱，其中AgNO_3浓度为0.05mol/L时的吸收强度最大，说明此时Ag纳米颗粒已经达到最佳分散和利用度。
本文还通过光电流-电位（I-V）曲线和X射线光电子能谱等手段对Ag改性TiO_2纳米管阵列的光电化学性能进行了研究。结果表明，Ag的添加使得纳米管阵列的载流子寿命得到了显著的延长，在可见光波段的光吸收能力也被大幅提高。当AgNO_3浓度为0.05mol/L时，Ag-TiO_2纳米管阵列的光电流密度约为16mA/cm2，较纯TiO_2纳米管阵列提高了5倍以上。而在阳极电位为0.2V时，Ag-TiO_2纳米管阵列的光电流密度最大，达到19.8mA/cm2。这表明在最佳Ag添加量下，其光电化学性能达到了最优化的状态。
结论：
本文采用Ag作为表面修饰材料，对TiO_2纳米管阵列进行了改性，成功提高了其光电化学性能。在最佳Ag添加量下，样品的光电流密度约为16mA/cm2，并且在0.2V的阳极电位下可达到最大光电流密度，为19.8mA/cm2。因此，此种Ag-TiO_2纳米管阵列可用于污染物的降解等领域。