二氧化钛纳米管/纳米金属体系的光/电致变色及机理研究

研究二氧化钛纳米管/金属纳米粒子（Ag，Au）复合体系（TNT/M）的光/电致变色行为与机理；探讨TNT的制备条件，获取分散性与结晶度俱佳的TNT；研究TNT内孔径对纳米金属颗粒的吸附行为，实现对内吸附金属粒径的可调控性；探讨TNT表面缺陷和表面吸附物对激子分离后或电子注入后的电子/空穴输运与复合动力学过程的影响；利用小内径纳米管（内径约3~5nm）的量子效应，探索具有高效光致变色的多色性调制和实现快速响应的有效途径。获得同时具有光/电致变色功能的智能材料，形成自主产权。项目内容多为国内外首次尝试，对无机非金属智能变色材料机理研究有重要参考价值。

本项目主要研究了二氧化钛纳米管/金属纳米粒子（Ag、Au等）复合体系（TNT/M）的光/电致变色行为与机理，探讨了钛酸盐纳米管和TNT的制备条件与形成机理，获得了分散性与结晶度均较好的TNT，并研究了TNT表面缺陷和表面吸附物对电子输运-复合竞争过程的影响；研究了纳米管内孔径对金属离子和纳米颗粒的吸附行为，获得具有光/电致变色功能的复合材料。主要研究成果如下：.(1) 研究了二氧化钛和钛酸盐纳米材料的制备条件及它们之间的相互转化原理。.利用水热法制备出内外径分别为大约4nm和9nm、长度大约为几百纳米、比表面积可达300 m2/g的高纯度钛酸盐纳米管。而且，通过对水热反应参数的调控，实现了各种钛酸盐纳米结构(包括纳米管、纳米线、纳米薄片、纳米花以及无定形纳米颗粒)的可控生长。同时对它们的化学成分、晶体结构、生长条件和形成机理，以及它们之间的相互转化关系进行了研究。.以钛酸盐纳米结构为原料，利用水热法制备二氧化钛纳米结构。当溶液中NaOH的浓度较低或溶液为酸性，钛酸盐纳米材料的稳定性将下降，并会转化为二氧化钛。且二氧化钛产物的相结构和形貌随着pH值的变化而变化。通过调控溶液的酸碱性，可制备出板钛矿相纳米花、锐钛矿相双锥纳米棒、锐钛矿相纳米颗粒、金红石相纳米棒等结构。而且，在高的酸性条件下，二氧化钛在生长过程中会通过金红石和锐钛矿相之间的异相OA生长机制实现锐钛矿相向金红石相的相变。迄今为止，我们尚未发现有关异相OA生长的报道。.（2）以钛酸盐纳米管为原料，通过酸洗和煅烧，制备出具有良好结晶度、高比表面积、高纯度的二氧化钛纳米管；研究了钛酸盐纳米管和二氧化钛纳米管（TNT）对金属离子和金属纳米颗粒的吸附行为；研究了纳米管结构对金属纳米颗粒的粒径的限制作用。.（3）分别利用溶胶-凝胶法、旋转镀膜法、快速液浸镀膜法等方法在导电玻璃等衬底上沉积TNT及TNT/M，并对TNT/M复合膜的光致变色、电致变色性能进行研究。研究了金属含量、结晶度对变色性能的影响；研究了TNT表面缺陷、表面吸附物(H2O和O2等)对变色性能的影响；研究TNT/M材料体系内的电子-空穴的分离、输运、复合、激子寿命等动力学过程。研究了光的波长、电压等因素与TNT/M复合膜的颜色种类、色彩亮度的关系。. 迄今为止，已发表了6篇SCI论文，申请一项专利，另有一项专利和数篇论文正在撰写中。