以氧化锌为模板制备氧化钛纳米管阵列(3)
水热合成法合成的二氧化钛纳米管具有管壁薄、管径小、比表面积大[16]等特点。同时密闭的环境使得反应过程中不会引入其它杂质。通过调整反应时间、所使用的碱的种类、反应物的浓度和反应温度，以及原料二氧化钛的质量和后处理酸洗工艺，可以改变产物形貌。一般而言，氢氧化钠的浓度在达到5～12 mol/L时[17]，便具备了制备TiO2纳米管的条件。不过，浓度高的氢氧化钾水溶液会导致线状产物的生成[18-19]。同时，不同pH和温度下得到的产物具有不同的晶形，光催化活性也不同。
分散的二氧化钛纳米管在应用方面存在劣势，粉体难于回收，涂覆到基板上处于无序状，影响电子传输。
1.2.2 模板法
模板法是一种制备高度规整纳米材料的有效方法。无论是在液相或气相中，反应都在控制区内进行。与普通合成方法相比[20]，模板法过程简单，很适合批量生产。因为已有模板，可以方便地把材料的合成与组装一体化解决，不存在纳米材料分散性不佳的问题，能够精确地控制产物的尺寸形状至纳米级别。模板法用途极为广泛，通常被用来制备丝状、片状、管状、线状、带状纳米材料。
C. R. Martin等[21]报导了以有序纳米多孔材料为模板的合成方法。结合溶胶－凝胶法、电化学沉积、电化学聚合和化学气相沉积等手段，在孔内形成单元产物，同时得到纳米阵列[22-25]。美国Mobil公司则以表面活性剂作为模板[26,27]，得到孔径规则的中孔结构和特殊的孔道结构。合成中孔材料的报道很多，尤其是以离子或中性表面活性剂为模板的方法。
模板法简单可控，但是模板的去除很难。同时控制在在微小区域内的反应能否均一也是模板法应用中必须考虑的问题。
1.2.3 阳极氧化法
阳极氧化法[14]是将高纯钛作为阳极置于电解液中，与石墨电极或铂电极构成回路，施加一定电压进行阳极氧化，得到二氧化钛纳米管。较水热法而言，所得产物的管径更大，管壁也较厚，排列规整有序，利于回收使用。阳极氧化法新鲜制备的二氧化钛纳米管属于无定形态，需要经过热处理才有一定的晶形，从而具备较好的光催化性能。
Grimes 等[28]报告在氢氟酸－水体系中使用阳极氧化法制备二氧化钛纳米管，产物为底部封闭有序排列的管阵列。管径随着阳极氧化电压的增加而增大，阳极氧化的时间则控制纳米管的长度。后续报道表明，不仅水体系，在含氟离子的有机体系电解液中也能制备出二氧化钛纳米管，且形貌长度也发生改变。
阳极氧化制备的TiO2纳米管排列紧密，形状规整，形貌在一定范围内可以方便调控。竖直排列的管有利于光的吸收利用和电子传输。回收方便，适用于大规模生产应用。
1.3 二氧化钛纳米管阵列的应用
1.3.1 光催化制氢
二氧化钛纳米管阵列已经在催化领域显示出了诸多优异的性能。尤其利用其高比表面积和强吸附力进行修饰和改性，典型的如管内部沉积或吸附纳米粒子，使它成为一种优秀的催化剂载体。Macak等[29]和Zhang等[30]以阳极氧化法制备二氧化钛纳米管，负载Pt/Ru纳米粒子，大大增强了其在光催化氧化甲醇方面的活性。
其次，二氧化钛纳米管阵列本身在光降解有机污染物方面也有广泛应用。Fujishima等的研究表明，高度有序的TiO2纳米管阵列可以提供单向通道用以减小晶界效应、传输电子。Chen等[31]报告二氧化钛纳米管阵列能更好的抑制电子—空穴对的复合，提高光催化的效率。
在光解水制氢方面，Mor小组等[32]应用二氧化钛纳米管阵列光电催化分解水，氢产率高达960 µmol/(h•W)，转换效率为6. 8%。Paulose等[32]将6 µm长的纳米管阵列在600C下加热形成电极用于光解水制氢，氢生成速率为175 µL/h。二氧化钛纳米管阵列光解水制备氢仍处于实验探究阶段，距离实际生产应用仍存在许多问题。
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