文献综述
- 背景介绍
随着纳米材料领域研究热度逐渐上升，阀金属（Al、Ti等）的阳极氧化这一多学科交叉的基础课题又展现出新的价值[1]。这一类金属阳极氧化物由于其特殊的纳米多孔结构而备受关注[1-4]，如通过阳极氧化法制备的多孔阳极氧化铝 (Porous Anodic Oxide, PAO)和阳极氧化二氧化钛纳米管（Anodic TiO2 Nanotubes, ATNTs）。其中，ATNTs因为其在药物载体、光解水制氢、半导体材料、太阳能电池材料、纳米多孔催化材料以及超级电容器等多个领域有广泛的应用前景，因此成为当下研究的一个热门课题[1-5]。
- TiO2纳米管的形成机理研究进展
阳极氧化二氧化钛纳米管由于在许多领域的广泛应用前景以及多孔阳极氧化物的神秘形成机理而得到了广泛的研究。迄今为止，ATNTs的生长动力学和自组织过程一直备受关注。与在TiO2纳米管的制备工艺方面已取得的进展相比，其形成机理方面的研究进展则相对较少，对于TiO2纳米管孔道的成因与自组织过程并无一个统一认识。由于ATNTs与PAA[6-8]的相似性，许多课题组将这两种材料的形成机理联系起来进行探究[1-3,9-11]。但尚无一种机理或模型能够解释TiO2纳米管有序的多孔结构，以及其形貌与氧化条件之间的关系。
在早期的研究中，纳米管的生长机理主要被归因于“场辅助溶解”过程（TiO2 6F- 4H =[TiF6]2- 2H2O）。但近年来，随着更多研究的深入展开，以及表征手段的逐渐多样化，越来越多的机理和模型被提出。目前关于TiO2纳米管，学界已经形成两种比较主流的观点用于解释其生长机理。第一种是FAD模型，即前文所提到的“场辅助溶解”过程，该理论认为场辅助溶解这一化学反应是导致纳米管生长的主要原因。第二种则是“塑性流动”模型，该理论将TiO2纳米管孔道的形成归因于氧化物的塑性流动。这一理论成功解释了一些FAD模型所不能解释的实验现象，如示踪原子由孔底部转移到管壁上等。但这一模型并没有解释孔道中氧化物进行流动的原因。基于“塑性流动”模型，Zhu与他的合作者[1-3,9-12]提出了“氧气泡模具”和电子电流模型用于解释纳米管胚胎的形成和纳米管周围的间隙，进一步完善了“塑形流动”模型。此外还有诸多模型和理论就不在此一一赘述了。
- 制备TiO2纳米管的影响因素
3.1氧化方法对TiO2纳米管形貌的影响
目前，制备TiO2纳米管的方法有很多，如水热合成法、模板法、阳极氧化法、微波辅助合成法、溶胶-凝胶法等[1-4,9-14]。事实上，由于阳极氧化法所得的ATNTs具有规整的纳米管孔阵、可控的管长、管径以及形貌特征、较高的比表面积等优点，这一方法被诸多科研工作者广泛采用。简易的设备、易控的氧化过程、无污染的电解液和简单的操作方法使其备受关注。
阳极氧化法制备TiO2纳米管一般分为恒电压和恒电流两种形式，把施加恒定电压的氧化过程称为恒电压阳极氧化,用电流密度-时间曲线记录其阳极氧化全过程，把施加恒定电流的氧化过程称为恒电流阳极氧化,用电压-时间曲线记录其阳极氧化全过程。
近年来，通过二次阳极氧化的方法制备具有更加规整形貌或特殊形貌的纳米管阵列并探究其机理的研究也不断涌现[2,9,15]。
3.2电解液对TiO2纳米管形貌的影响
