纳米材料是当前材料研究的一个重要领域,对不同微观形貌的纳米材料在不同领域中的应用也是研究的热点。作为一种半导体材料,纳米TiO₂由于其催化活性高、化学性质稳定、无毒等优点被广泛应用于光催化、太阳能电池、气敏元件等领域。纳米TiO₂的不同微观形貌,如纳米管,纳米棒,纳米线及介孔等,具有独特的物理、化学性质,从而在不同应用领域都表现出独特的性能。 本文通过Ti片与30wt%H₂O₂在80℃下反应72h在钛基体上获得表面均匀的蓝黑色TiO₂薄膜,在反应剩余溶液中获得白色TiO₂粉末。经X射线衍射（XRD）、场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）及Raman光谱分析可知,该薄膜为由厚度约2μm的纯锐钛矿型TiO₂的中间夹层及厚度约1μm锐钛矿型和金红石型混合晶型TiO₂纳米棒定向阵列层组成的复合薄膜,组成薄膜顶层的纳米棒单体直径为20-30nm,长度约150nm。低温条件下晶态结构薄膜的形成机理主要为溶解-沉淀。高分辨透射电子显微镜（HRTEM）分析结果表明,反应后溶液中剩余粉末为TiO₂纳米棒,且与薄膜上TiO₂纳米棒定向阵列成分一致。通过N₂吸附法测定可知,TiO₂纳米棒组成的粉末比表面积为300m²/g,远高于商业Degussa P-25 TiO₂纳米粉末。 采用不同TiO₂薄膜对0.01mmol/L罗丹明B（RB）溶液的光降解能力测试薄膜的光催化活性。结果表明,所制备的表面为纳米棒定向排列的TiO₂薄膜的光催化活性优于相同质量Degussa P-25 TiO₂纳米粉组成的薄膜,且远高于溶胶-凝胶制备的TiO₂薄膜。气相色谱-质谱联用（GC-MS）分析结果表明,光催化降解RB的最终产物为CO₂和H₂O。纳米棒定向阵列薄膜的优异光催化性能主要来源于其高的比表面积。但此TiO₂薄膜的光催化使用寿命低,原因可能是对光催化活性有益的表面羟基等基团的逐渐损失。 本文还考察了不同温度下后续热处理对纳米棒定向排列TiO₂薄膜光催化性能的影响。结果表明,热处理使TiO₂薄膜的光催化效率下降,但其光催化寿命却显著提高。在450℃下热处理1h后TiO₂薄膜光催化活性最好,且使用寿命很高。热处理导致表面羟基等基团的损失,以及比表面积的增大,导致光催化效率下降;但同时增加所得薄膜的结晶度,从而有利于光催化活性。