專利名稱:一種晶化TiO<sub>2</sub>納米管陣列的制備方法
技術領域:
本發(fā)明涉及一種晶化TiO2納米管陣列的制備方法。
背景技術:
TiO2是一種重要的無機功能材料,它在太陽能電池、光電轉換、光致變色及光催化 降解大氣和水中的污染物等方面有廣闊的應用前景,成為重點研究的對象之一。2001年美 國科學家Grimes利用電化學陽極氧化的方法制備了 TiO2納米陣列材料,引起了人們的極 大關注。TiO2納米管陣列因其具有優(yōu)異的光電、催化、傳感性能,已在氣敏傳感器、光催化、 染料敏化太陽能電池等很多領域獲得了廣泛應用。TiO2納米管陣列作為一種有序結構的特點在于它不單體現(xiàn)了納米結構單元的集 體效應,而且它能反映單一納米結構或單元所不具備的協(xié)同效應、耦合效應。更為重要的是 人們可以通過對TiO2納米管單元結構的控制(包括形貌、尺寸、成分、晶體結構等)來實現(xiàn) 對TiO2性能的調制。TiO2有三種晶體結構銳鈦礦、金紅石、板鈦礦。其中銳鈦礦在太陽能電池、催化劑 等應用上比其它兩種均體現(xiàn)出了更好的性能。因此,如何獲得純銳鈦礦的TiO2是一個極為 重要的研究課題。眾所周知,陽極氧化的方法制備的TiO2納米陣列為非晶態(tài)結構,要將其 應用于太陽能電池等方面需要使其結晶。目前主要的結晶方式為高溫下退火,一般為450°c 退火3h。這種方式所得的TiO2通常含有銳鈦礦和金紅石兩種晶型,存在很多缺陷。而且高 溫退火方式不利于將TiO2納米陣列應用于低溫器件上,如柔性太陽能電池、低溫傳感器等。
發(fā)明內容
本發(fā)明目的就是提供一種晶化TiO2納米管陣列的制備方法,該方法設備簡單,能 耗低,適合大規(guī)模生產;同時用該法制備的TiO2納米陣列具有純銳鈦礦相。本發(fā)明實現(xiàn)其發(fā)明的目所采用的技術方案是,一種晶化TiO2納米管陣列的制備方 法,其具體作法是a、TiO2納米管陣列的制備將鈦片放入丙酮中進行30-40分鐘的超聲清洗,風干后,將鈦片放入含濃硫酸 25-28ml/L,氫氟酸12_15ml/L,冰乙酸50_65ml/L的水溶液中;以10_15v的恒流直流電 在室溫下進行電化學拋光,拋光8-20分鐘;然后將拋光過的鈦片放入重量體積濃度為 0. 05-1%的氟化銨的乙二醇溶液中進行陽極氧化,陽極氧化時使用的陰極為鉬片,電壓 60v,反應時間8-12小時;b、TiO2納米管陣列的晶化將所得的TiO2納米管陣列置于水中,在50°C水熱反應釜中保溫12_16h,即得。本發(fā)明方法的機理是水在晶化過程中起催化劑的作用,能夠將非晶態(tài)的TiO2納 米陣列排列組合成銳鈦礦相的TiO2納米陣列,晶化前后形貌不變。與現(xiàn)有技術相比,本發(fā)明的有益效果是
本發(fā)明采用陽極氧化法能確保制得TiO2納米管陣列,成本低。在晶化過程中,再用水做催化劑,反應溫度低僅為50°C,能耗低、時間短,成本低,晶化成功率高,適合大規(guī)模 生產。測試證明其獲得的TiO2納米陣列為純銳鈦礦相,可廣泛應用于太陽能電池、傳感器 等領域。下面結合附圖和具體的實施方式,對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
圖1是本發(fā)明實施例一制備的TiO2納米陣列晶化前的掃描電鏡照片(SEM)。圖2本發(fā)明實施例一制備的TiO2納米陣列晶化后的掃描電鏡照片(SEM)。圖3本發(fā)明實施例一制備的TiO2納米陣列晶化前及晶化后的XRD圖像比較圖。
具體實施例方式實施例一本發(fā)明的一種具體實施方式
為,一種低溫晶化TiO2納米管陣列的方法,其具體作 法是a、TiO2納米管陣列的制備將鈦片放入丙酮中進行30分鐘的超聲清洗,風干后,將鈦片放入含濃硫酸25ml/ L,氫氟酸15ml/L,冰乙酸60ml/L的水溶液中;以IOv的恒流直流電在室溫下進行電化學拋 光,拋光8分鐘;然后將拋光過的鈦片放入重量體積濃度為0. 05%的氟化銨的乙二醇溶液 中進行陽極氧化,陽極氧化時使用的陰極為鉬片,電壓60v,反應時間12小時;b、TiO2納米管陣列的晶化將所得的TiO2納米管陣列置于水中,在50°C水熱反應釜中保溫16h,即得。XRD (X射線衍射)分析將本例制備的TiO2納米管陣列做X射線衍射分析,其結果見圖3。由圖可以看出 晶化前的TiO2納米陣列沒有任何的TiO2衍射峰,衍射全來自于Ti基底。當水熱晶化處理 后,除了鈦基底(Titanium)的衍射峰,全來自于銳鈦礦相(Anatase)的TiO2,且無其它雜 峰,說明此時TiO2納米陣列完全被晶化成了純銳鈦礦相??梢姡Щ暗慕Y構為非晶態(tài)結 構,晶化后為銳鈦礦結構。圖1是本例制備的TiO2納米陣列的頂視掃描電鏡照片(SEM),圖2是本例制備的 TiO2納米陣列的剖面掃描電鏡照片(SEM);由圖1、2可見,所得的納米管陣列,管徑在IlSnm 左右,晶化后形貌沒有改變。實施例二本例與實施例一基本相同,不同的是a、TiO2納米管陣列的制備將鈦片放入丙酮中進行35分鐘的超聲清洗,風干后,將鈦片放入含濃硫酸26ml/ L,氫氟酸14ml/L,冰乙酸50ml/L的水溶液中;以13v的恒流直流電在室溫下進行電化學拋 光,拋光15分鐘;然后將拋光過的鈦片放入重量體積濃度為0. 07%的氟化銨的乙二醇溶液 中進行陽極氧化,陽極氧化時使用的陰極為鉬片,電壓60v,反應時間10小時;b、TiO2納米管陣列的晶化
將所得的TiO2納米管陣列置于水中,在50°C水熱反應釜中保溫12h,即得。實施例三
本例與實施例一基本相同,不同的是a、TiO2納米管陣列的制備將鈦片放入丙酮中進行40分鐘的超聲清洗,風干后,將鈦片放入含濃硫酸28ml/ L,氫氟酸12ml/L,冰乙酸65ml/L的水溶液中;以15v的恒流直流電在室溫下進行電化學拋 光,拋光20分鐘;然后將拋光過的鈦片放入重量體積濃度為的氟化銨的乙二醇溶液中 進行陽極氧化,陽極氧化時使用的陰極為鉬片,電壓60v,反應時間8小時;b、TiO2納米管陣列的晶化將所得的TiO2納米管陣列置于水中,在50°C水熱反應釜中保溫14h,即得。
權利要求
一種晶化TiO2納米管陣列的制備方法,其具體作法是a、TiO2納米管陣列的制備將鈦片放入丙酮中進行30-40分鐘的超聲清洗,風干后,將鈦片放入含濃硫酸25-28ml/L,氫氟酸12-15ml/L,冰乙酸50-65ml/L的水溶液中;以10-15v的恒流直流電在室溫下進行電化學拋光,拋光8-20分鐘;然后將拋光過的鈦片放入重量體積濃度為0.05-1%的氟化銨的乙二醇溶液中進行陽極氧化,陽極氧化時使用的陰極為鉑片,電壓60v,反應時間8-12小時;b、TiO2納米管陣列的晶化將所得的TiO2納米管陣列置于水中,在50℃水熱反應釜中保溫12-16h,即得。
全文摘要
一種晶化TiO2納米管陣列的制備方法,其具體作法是將鈦片放入丙酮中進行30-40分鐘的超聲清洗,風干后,將鈦片放入含濃硫酸25-28ml/L,氫氟酸12-15ml/L,冰乙酸50-65ml/L的水溶液中;以10-15v的恒流直流電在室溫下進行電化學拋光,拋光8-20分鐘;然后將拋光過的鈦片放入重量體積濃度為0.05-1%的氟化銨的乙二醇溶液中進行陽極氧化,陽極氧化時使用的陰極為鉑片,電壓60v,反應時間8-12小時;將所得的TiO2納米管陣列置于水中,在50℃水熱反應釜中保溫12-16h,即得。該方法設備簡單,能耗低,適合大規(guī)模生產;同時用該法制備的TiO2納米陣列具有純銳鈦礦相。
文檔編號C01G23/053GK101844804SQ20101017628
公開日2010年9月29日 申請日期2010年5月19日 優(yōu)先權日2010年5月19日
發(fā)明者楊峰, 柯川, 蔡芳共, 趙勇 申請人:西南交通大學