固体所在二氧化钛纳米管的生长研究方面取得新进展

2011-7-22 15:33 来源: 中国科学院
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  二氧化钛纳米管的电子输运性能优于颗粒材料,在光伏、光催化、传感等领域有重要应用前景,备受学术界关注。近期,中科院合肥物质科学研究院固体物理所的尹亮亮博士等研究人员发明了一种新的高电压阳极氧化法,通过控制电解液中供氧物种(水)的扩散过程,实现二氧化钛纳米管的快速生长(生长速率高达130 微米每小时)。同时,研究发现二氧化钛纳米管的直径随着偏压的升高而出现极大值,纳米管的生长速度和管径可以分别调控。

  目前二氧化钛纳米管通常采用较低电压(低于100伏)阳极氧化钛片的方法获得,生长速度较慢(一般小于10微米每小时,与电压成正比),而且由于其管径与电压呈线性相关导致生长速度与管径不能分别调控。以往的研究工作表明,高电压(高于100伏)下阳极氧化钛片导致过度腐蚀,不能用于制备二氧化钛纳米管。固体所发明的这种高压阳极氧化法操作简单,管的生长速度快,便于调控二氧化钛纳米管的长度,管径等参数,为二氧化钛纳米管的制备提供了一新的途径,也为后续组建太阳能电池器件奠定了基础。

  传统的金属氧化理论可以解释低电压下纳米管的直径和电压成正比关系,却不能解释高电压下的极大值现象。尹亮亮等研究人员深入分析了金属阳极氧化过程中的动力学参数,在现有的理论基础上提出新的理论模型。该模型拟合结果与实验值非常符合,对于深入理解高电压下阀金属的反常氧化行为奠定了基础。

  此项工作得到了国家自然科学基金、中国科学院“百人计划”和国家重大科学研究计划(973项目)的资助。上述研究结果发表在电化学通讯(Electrochemistry Communications 13 (2011) 454–457)上。

  

a), b), c)分别为二氧化钛纳米管的正面,背面和侧面的扫描电镜图片;d) 在水含量不同情况下制备的二氧化钛纳米管直径与偏压的关系。

   

a) 二氧化钛纳米管生长速率和直径与偏压的关系曲线;b), c), d) 分别为在150 伏电压下水的含量、局域温度和氟化铵的含量对纳米管生长速率和直径的影响。