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【关键词】阳极氧化法 TiO2纳米管阵列 光催化活性 正交试验
【Abstract】This article focuses on the electrochemical anodic oxidation method for titanium dioxide nanotubes. Discussed the various process parameters (voltage, electrolyte composition, etc.) on the influence of the nanotubes.
【Key words】anonizing Titanium Oxide Nanotube Arrays Photocatalytic activity orthogonal test
采用阳极氧化法[1,2]，用含NH4F—水—乙二醇有机体系电解液制备高度有序TiO2纳米管阵列。根据试验制得样品的SEM图初步分析氧化工艺（氧化电压、电解液组成）对TiO2纳米管阵列形貌和光电催化性能的影响进行探索性的研究[3,2]。
进一步优化阳极氧化工艺参数，通过设计正交实验，确定一组最佳的氧化工艺参数使得制得的TiO2纳米管阵列规则、均匀、排列有序，且管长尽可能长。
1 实验条件与设计
1.1 实验条件
在电压不变的情况下，改变电解液配比、电解时间、电解后处理，做10组对照实验，实验条件如表1所示。
表1 探究实验条件记录
Tab.1 The records of the inquiry experiment conditions
1.2 阳极氧化正交试验设计
设计的正交试验（表2）中所固定的条件为：电解液总量35mL，操作温度为室温（25℃），电解过程磁力搅拌速度保持不变。其中样品的考察指标是“等级”（等级是按管的形状（包括有无管型、开口均一程度、表面是否整齐）。等级指标分十级，最优的记为10，最差的为0，可通过观察制得的TiO2纳米管阵列的外观和SEM图像而定）。可将管的形状的权数定为4，综合评分的计算方法为：综合评分=管的形状等级×4。
表2 正交试验的3因素3水平
Tab.2 3 factors and 3 levels of orthogonal experiment
2 结果与分析
2.1 电解条件对二氧化钛纳米管微观形貌的影响
分别从电解液组成、电解后处理等条件，并从钛板和薄膜、正面和侧面、等不同角度来照射，得到SEM图。
2.1.1 电解液组成
若选用乙二醇作为电解液，可以制得形貌均一、排列整齐的纳米管（图1）。
Fig.1 SEM figure of nanotubes film composition of different electrolyte
2.1.2 电解后处理
通过实验观察可知：
(1)水冲洗对纳米管形貌造成破坏，使之出现坑状结构。且用水冲洗后，直接装袋，膜会自然脱落。
(2)用丙酮快速超声后，膜未脱落
(3)不做任何处理，直接煅烧，钛板为灰蓝色，膜未脱落，故煅烧会加固管的结构。 (4)不做任何处理，直接装袋，膜未脱落，表面呈黄色。
2.2 正交试验结果与分析
观察正交试验制得的样品的外观及用扫描电镜观察SEM图。根据SEM图中纳米管有无管型、开口均一程度、表面是否整齐等指标分别对每个样品进行等级评分，对每个样品进行综合评分，结果见表3。
表3 阳极氧化一次正交试验安排、直观结果及极差分析
Tab.3 Anodic oxidation a orthogonal test arrangement, intuitive results and analysis of range
正交试验结果表明，对TiO2纳米管阵列形貌的影响因素顺序为水的含量＞氧化电压＞NH4F的含量。正交试验得到一个阳极氧化工艺的最优参数组合，即2.1mL水+0.1732gNH4F+45V氧化电压，在此组合下得到的纳米管形态较好。
3 结论
(1)在含F的水―乙二醇的有机电解液中，通过探索并优化工艺条件，用阳极氧化法在工业纯钛板表面上构建出排列整齐、高度有序TiO2纳米管阵列，管长达到微米级。
(2)正交试验结果表明，对TiO2纳米管阵列形貌的影响因素顺序为水的含量＞氧化电压＞NH4F的含量。
(3)高温煅烧对TiO2纳米管的晶型有一定的影响，本实验条件下经500℃煅烧2h的TiO2纳米管阵列是锐钛型和金红石型的混晶型，此时阵列对甲基橙的降解率最大，光电催化活性最强。
参 考 文 献
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