以氧化锌为模板制备氧化钛纳米管阵列(4)
1.3.2太阳能电池
1991年，瑞士太阳能研究专家Grtzel[33]首次将二氧化钛纳米材料应用于太阳能电池领域。目前，已成功制备出光电转换效率超过10%的太阳能电池。二氧化钛纳米管阵列高度有序的结构对增强光散射，增加光生载流子的产率十分有帮助。在阵列结构中，光生电子被迅速导出，电荷收集效率明显提高。同时，二氧化钛纳米管阵列较大的比表面积可以吸附大量的染料分子，在染料敏化太阳能电池领域也大有用武之地。
修饰后的二氧化钛纳米管阵列光电转换效率提高。Sung等[34]研究表明：在TiO2纳米管表面复合1nm厚的ZnO层，可以减小暗电流，增大开路电压。经双氧水刻蚀减薄阻挡层后，填充因子和光电转换效率也可以提高。利用CdSe和CdS量子点粒子敏化二氧化钛纳米管阵列材料，也能获得较高的光电活性。TiO2纳米管阵列材料还可以与其它p型半导体材料组成异质结太阳能电池。
1.3.3 敏感材料
TiO2纳米管因操作简单、成本低、能耗低、体积小、灵敏度高且是在室温条件下工作等特点，当之不让成为最适合作为气体的传感器材料，而备受人们的关注。Varghese等[35]在2003年，利用TiO2纳米管阵列制备了氢气传感器。二氧化钛纳米管的光敏性较其它类型的TiO2材料高出了100倍，因此只要将其在紫外线下暴露出来，吸附在TiO2纳米管氢传感器上的污染物质就能被轻易地清除。这种传感器不仅具有高度敏感性，而且具有自我清洁功能。
另一方面，TiO2纳米管传感器还可以用来检测CO等可燃性气体和O2。还能利用二氧化钛纳米管固定生物酶。若用作汽车尾气传感器，可实时检测汽车尾气中O2含量。
1.3.4 生物医学材料
在医学方面，阳极氧化得到的二氧化钛纳米管阵列以及类似的电弧氧化得到的钛材料有很好的应用前景。通过阳极氧化法制备的二氧化钛纳米管阵列，经过NaOH水溶液处理后，能得到具有优良生物活性的黏合层羟基磷灰石。Xiao等[36]研究表明，此法还能诱导羟基磷灰石快速生长。此外，Song等[37]也报导羟基磷灰石作为药物载体的应用研究。目前，虽然TiO2纳米管阵列在生物医学领域的研究才处于起步阶段，即使如此，随着这种技术的成熟度和进程的加快，相信在不久的将来，它会在生物医学领域展现更加接近完美和优异的性能。
1.3.5其它
二氧化钛纳米管阵列也可以作为模板使用。比如Cai等[38]，用阳极氧化法制备的TiO2纳米管为模板，合成尺寸可控的贵金属纳米粒子材料。Frank研究小组[39]用电化学沉积方法得到了底部充满的异质结材料。二氧化钛纳米管阵列具有超亲水的特性，经低表面能的有机物修饰后可变为超疏水表面。Schmuki等[40]的研究表明，二氧化钛纳米管是一种良好的电致变色材料。
1.4 课题研究目的及意义
本文用模板法合成形貌可控的二氧化钛纳米管阵列。采用掺氟氧化锡玻璃为基底，两步生长法得到氧化锌纳米阵列，在不同反应物浓度、反应时间、反应温度等条件下制得模板。然后，利用酸性环境溶去氧化锌模板，同时外部生长二氧化钛，形成管状阵列。经过退火处理，获得混相的二氧化钛纳米管阵列。对其形貌进行表征，通过X射线衍射确定其晶相，测试紫外吸收光谱和光电性能。
不同于传统的多孔材料模板，合成氧化锌纳米结构很容易能在不同条件下获得特殊形貌，且去除方便。在保持了二氧化钛纳米管阵列在电子传输方面的优势之余，间距较大的管状结构有利于负载其它物质和对光的吸收利用。可作为基底材料和主催化剂用于光解水制氢领域。
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