TiO2纳米管阵列的制备和应用最新研究进展

TiO2纳米管阵列由于具有高度有序的纳米结构，在光电转换、光催化和光解水制氢等领域具有广阔的应用前景，受到了研究者们的广泛关注。本文综述了近年来TiO2纳米管阵列几种常用的制备方法，并从制备特点和可行性等方面进行了对比。同时鉴于现阶段TiO2纳米管阵列存在的不足，指出了当前TiO2纳米管阵列的改性方法。从太阳能电池，有机污染物的降解，气敏传感器等方面对其应用进行了详细介绍。最后对今后的研究重点和发展方向进行了展望。

随着当今世界环境危机的凸显，急需寻求高效低本的方法对有机污染物进行处理。TiO2 可以用作光催化剂，它在光照的条件下能展现出超强氧化性、自身无毒性和长期稳定性等特点，在对环境处理方面有着其独到的优势，被誉为是目前最具有技术发展性和前途的材料之一，因而成为众多科研学者热衷研究的材料[1]。目前，TiO2 纳米管阵列(TiO2 NTs)的制备方法主要有模板法[2] [3]、水热法[4]和阳极氧化法[5]-[11]等。TiO2 纳米管阵列的电化学阳极氧化法相对于其他制备方法有着其独特的优势，以有序和规则的阵列形式均匀分布， 具有较大的比表面积， 且本身的制备过程和操作比较简单便捷， 而且成本比较低， 适用于较大规模的制备生产。但是现阶段TiO2 纳米管阵列仍存在一些缺陷：二氧化钛的固有禁带宽，只能对太阳能光谱中的特定区域进行吸收，光电转化效率低[12]。在这样的形势下，寻找一种切实可行的TiO2 改性方法非常重要。同时TiO2 纳米管阵列在太阳能电池[13]，有机污染物的降解，气敏传感器等领域也有着广阔的应用前景。

本文综述了近年来TiO2 纳米管阵列的制备方法和改性方法，并介绍了其在不同领域的应用，分析了当前亟待解决的问题，并对其前景进行了展望。

2. TiO2 NTs 的制备方法 2.1. 模板法 模板法是一种非常有效的制备纳米材料的手段，通过模板主体可以对材料的形貌和尺寸进行有效调控。

模板法制备TiO2 NTs 的过程如图1 所示。

模板法制备出来的TiO2 纳米管阵列形貌良好、尺寸均一、排列整齐，但是制备工艺复杂，将纳米管阵列和模板分离时，非常容易损坏纳米管阵列的形貌，分裂时会破坏纳米管阵列的表面或者致使表面变得粗糙。在6℃条件下，将多孔材料氧化铝薄膜，在TiF4 溶液中浸渍反应1~24 h， 之后将其浸渍在氨水溶液中， 在室温条件下静置几天后， 去除模板， 就可以得到TiO2纳米管阵列[2]。

模板法虽然可大面积制备排列均匀的TiO2 NTs 阵列，但由于模板形貌所带来的限制，因此仍难以合成径小壁薄的TiO2 NTs，而且在制备过程中比较依赖于模板。同时，在最后将模板与TiO2 NTs 分离的时候，容易造成TiO2 NTs 的塌陷，所以模板法并未大规模应用到实际生产中[3]。