專(zhuān)利名稱(chēng)：三電極法制備良好光催化性能的雙壁二氧化鈦納米管陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米功能材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是三電極法制備良好光催化性能的雙壁二氧化鈦納米管陣列。
背景技術(shù)：
隨著人類(lèi)進(jìn)入21世紀(jì)，一場(chǎng)以節(jié)約能源和資源、保護(hù)環(huán)境、減少環(huán)境污染、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)的新工業(yè)革命正在興起。太陽(yáng)能作為一種潔凈的新能源，具有取之不盡又不會(huì)造成任何污染的優(yōu)點(diǎn)，因此圍繞太陽(yáng)能開(kāi)展的研制高效光電催化劑的工作成為當(dāng)今科學(xué)研究的熱點(diǎn)。TiO2光催化材料是最有應(yīng)用潛力的一種光催化劑，因其作為典型的過(guò)渡金屬氧化物，具有化學(xué)穩(wěn)定性高、廉價(jià)、無(wú)毒、催化活性強(qiáng)和光電轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)異的物理化學(xué)性能，在光催化材料、光電轉(zhuǎn)換材料和自潔殺菌材料等方面有著較為廣泛的應(yīng)用。如何制 備出具有更高、更有效的TiO2光催化材料也成為了研究者們的首要課題。在眾多形貌納米TiO2材料中，因TiO2納米管具有比粉體、薄膜更大的比表面積和孔體積，具有更強(qiáng)的吸附能力，表現(xiàn)出更高的光催化性能。TiO2納米管的制備方法主要有水熱合成法、模板法和陽(yáng)極氧化法等，其中，陽(yáng)極氧化法具有良好的可控性、操作容易、不易脫落、易回收等優(yōu)點(diǎn)而成為制備TiO2納米管的重要方法之一。用電化學(xué)方法將高純度的金屬鈦片置于含氟的電解液中，進(jìn)行陽(yáng)極氧化，在鈦片上制備出高度有序的TiO2納米管陣列。目前，使用陽(yáng)極氧化法制備TiO2納米管陣列，首要解決的問(wèn)題是如何使用該方法制備垂直取向、高長(zhǎng)徑比、管貌均勻、高比表面積的二氧化鈦納米管陣列。本發(fā)明采用三電極體系即石墨電極一鈦片一石墨電極，在有機(jī)電解液體系中通過(guò)改變電解液體系中氟化銨的含量以及水分含量等，制備出較單壁納米管在垂直取向性、長(zhǎng)徑比、管貌均勻性、比表面積、光催化性能等方面更加優(yōu)越的雙壁TiO2納米管陣列。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有良好光催化性能的雙壁TiO2納米管陣列的制備方法。具體步驟為
(1)將厚度為O.Γ0. 5 mm、純度為99. 5%以上的高純鈦片放入總體積為18ml，氫氟酸濃硝酸去離子水的體積比為I :4 4的溶液中進(jìn)行化學(xué)拋光，然后分別用丙酮、無(wú)水乙醇和去離子水對(duì)高純鈦片進(jìn)行超聲清洗各20分鐘，取出后用去離子水清洗，清洗完畢后烘干；
(2)取去離子水、乙二醇和氟化銨混合溶液做電解液，其中，去離子水乙二醇的體積比為f 15 :99 85，氟化銨的質(zhì)量為混合溶液的O. I 1% ；
(3)取步驟(I)拋光好的高純鈦片為陽(yáng)極，兩個(gè)石墨棒為陰極，陽(yáng)極氧化采用三電極體系，室溫下采用HCP-10-150DC POWER SUPPLY型直流電源，采用直接加電壓法電壓調(diào)節(jié)到所需電壓后，將三電極帶電放入步驟(2)所得的電解液中，電壓控制在10 V 120 V之間，全過(guò)程采用集熱式恒溫磁力攪拌器對(duì)氧化體系進(jìn)行攪拌，速度為120 r/min，氧化時(shí)間為10 150小時(shí)；
(4)將步驟(3)反應(yīng)后的高純鈦片放入去離子水中超聲振蕩清洗10秒，置空氣中晾干待用；
(5)將步驟(4)所得高純鈦片放入馬弗爐中恒溫煅燒3小時(shí)后冷卻至室溫，煅燒溫度為200°C 1000°C，升溫速度為20°C / min ；
所用化學(xué)試劑均為分析純。本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單，易于控制，采用三電極體系，在鈦片的兩表面均制備出更好垂直取向性、高長(zhǎng)徑比、管貌均勻和具有良好光催化性能的雙壁TiO2納米管陣列；大幅度提聞了比表面積，有效地提聞了欽片的利用率。



圖I是實(shí)施例I的SEM橫截面圖。圖2是實(shí)施例I的SEM俯視圖。圖3是實(shí)施例I的光催化降解率圖。圖4是實(shí)施例2的SEM俯視圖。圖5是實(shí)施例2的光催化降解率圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :
(1)將高純鈦片(純度為99.5%，厚度為O. 2 mm)剪成面積為O. 8 cm X 4 cm，在裝有總體積18ml，氫氟酸濃硝酸去離子水的體積比為I :4 4的溶液的四氟乙烯燒杯中進(jìn)行化學(xué)拋光，然后分別用丙酮、無(wú)水乙醇和去離子水對(duì)高純鈦片進(jìn)行超聲清洗各20分鐘，取出后用去離子水清洗，放入去離子水中封存；
(2)取240ml乙二醇于聚四氟乙烯電解槽中，加入10 ml去離子水，O. 98 g氟化銨，用磁力攪拌器隔夜攪拌得電解液；
(3)取步驟(I)拋光好的高純鈦片為陽(yáng)極，兩個(gè)石墨棒為陰極，陽(yáng)極氧化采用三電極體系，室溫下采用HCP-10-150DC POWER SUPPLY型直流電源，采用直接加電壓法，電壓調(diào)節(jié)到所需電壓后，將三電極帶電放入步驟(2)所得的電解液中，電壓控制在10 V 120 V之間，全過(guò)程采用集熱式恒溫磁力攪拌器對(duì)氧化體系進(jìn)行攪拌，速度為120 r/min，氧化時(shí)間為60小時(shí)；
(4)將步驟(3)反應(yīng)后的高純鈦片放入去離子水中超聲振蕩清洗10秒，置空氣中晾干待用；
(5)將步驟(4)所得高純鈦片放入馬弗爐中恒溫煅燒3小時(shí)后冷卻至室溫，煅燒溫度為500°C，升溫速度為20°C / min ；
所用化學(xué)試劑均為分析純。通過(guò)掃描電鏡(見(jiàn)圖1、2)說(shuō)明了樣品的微觀形貌。把所制備的雙壁二氧化鈦納米管陣列對(duì)甲基橙進(jìn)行紫外光降解實(shí)驗(yàn)。具體操作如下將制備好的雙壁TiO2納米管陣列放入裝有50 ml新配置的5 mg/L甲基橙溶液的燒杯中，用20 W紫外燈進(jìn)行照射30小時(shí)，用分光光度計(jì)測(cè)定不同光照時(shí)間點(diǎn)的甲基橙溶液的吸光度A，A0為初始吸光度，計(jì)算雙壁TiO2納米管陣列對(duì)甲基橙的降解率，并繪制曲線圖，如圖3。由圖可以看所制備的雙壁TiO2納米管陣列對(duì)甲基橙表現(xiàn)出了較高的光催化性能。實(shí)施例2:
(1)將高純鈦片(純度為99.5%，厚度為O. 2 mm)剪成面積為O. 8 cm X 4 cm，在裝有總體積18ml，氫氟酸濃硝酸去離子水的體積比為I :4 4的溶液的四氟乙烯燒杯中進(jìn)行化學(xué)拋光，然后分別用丙酮、無(wú)水乙醇和去離子水對(duì)高純鈦片進(jìn)行超聲清洗各20分鐘，取出后用去離子水清洗，放入去離子水中封存；
(2)取237.5 ml乙二醇于聚四氟乙烯電解槽中，加入12. 5 ml去離子水，I. 22 g氟化銨，用磁力攪拌器隔夜攪拌得電解液；
(3)取步驟(I)拋光好的高純鈦片為陽(yáng)極，兩個(gè)石墨棒為陰極，陽(yáng)極氧化采用三電極體系，室溫下采用HCP-10-150DC POWER SUPPLY型直流電源，采用直接加電壓法，電壓調(diào)節(jié)到 所需電壓后，將三電極帶電放入步驟(2)所得的電解液中，電壓控制在10 V 120 V之間，全過(guò)程采用集熱式恒溫磁力攪拌器對(duì)氧化體系進(jìn)行攪拌，速度為120 r/min，氧化時(shí)間為60小時(shí)；
(4)將步驟(3)反應(yīng)后的高純鈦片放入去離子水中超聲振蕩清洗10秒，置空氣中晾干待用；
(5)將步驟(4)所得高純鈦片放入馬弗爐中恒溫煅燒3小時(shí)后冷卻至室溫，煅燒溫度為500°C，升溫速度為20°C / min ；
所用化學(xué)試劑均為分析純。通過(guò)掃描電鏡(見(jiàn)圖4)說(shuō)明了樣品的微觀形貌。把所制備的雙壁TiO2納米管陣列對(duì)甲基橙進(jìn)行紫外光降解實(shí)驗(yàn)。具體操作如下將制備好的雙壁TiO2納米管陣列放入裝有50 ml新配置的5 mg/L甲基橙溶液的燒杯中，用20 W紫外燈進(jìn)行照射30 h，用分光光度計(jì)測(cè)定不同光照時(shí)間點(diǎn)的甲基橙溶液的吸光度A，A0為初始吸光度，計(jì)算雙壁TiO2納米管陣列對(duì)甲基橙的降解率，并繪制曲線圖，如圖5。由圖可以看所制備的雙壁TiO2納米管陣列對(duì)甲基橙表現(xiàn)出了較高的光催化性能。
權(quán)利要求
1.一種雙壁二氧化鈦納米管陣列的制備方法，其特征在于具體步驟為 (1)將厚度為O.Γ0. 5 mm、純度為99. 5%以上的高純鈦片放入總體積為18ml，氫氟酸濃硝酸去離子水的體積比為I :4 4的溶液中進(jìn)行化學(xué)拋光，然后分別用丙酮、無(wú)水乙醇和去離子水對(duì)高純鈦片進(jìn)行超聲清洗各20分鐘，取出后用去離子水清洗，清洗完畢后烘干； (2)取去離子水、乙二醇和氟化銨混合溶液做電解液，其中，去離子水乙二醇的體積比為f 15 :99 85，氟化銨的質(zhì)量為混合溶液的O. I 1% ； (3)取步驟(I)拋光好的高純鈦片為陽(yáng)極，兩個(gè)石墨棒為陰極，陽(yáng)極氧化采用三電極體系，室溫下采用HCP-10-150DC POWER SUPPLY型直流電源，采用直接加電壓法電壓調(diào)節(jié)到所需電壓后，將三電極帶電放入步驟(2)所得的電解液中，電壓控制在10 V 120 V之間，全過(guò)程采用集熱式恒溫磁力攪拌器對(duì)氧化體系進(jìn)行攪拌，速度為120 r/min，氧化時(shí)間為10 150小時(shí)； (4)將步驟(3)反應(yīng)后的高純鈦片放入去離子水中超聲振蕩清洗10秒，置空氣中晾干待用； (5)將步驟(4)所得高純鈦片放入馬弗爐中恒溫煅燒3小時(shí)后冷卻至室溫，煅燒溫度為200°C 1000°C，升溫速度為20°C / min ；所用化學(xué)試劑均為分析純。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種三電極法制備良好光催化性能的雙壁二氧化鈦納米管陣列。采用石墨電極—鈦片—石墨電極三電極氧化體系，以具有高電阻率、高黏度的乙二醇有機(jī)溶劑作為電解液，通過(guò)改變氟化銨和水分的含量，制備出高比表面積的雙壁TiO2納米管。本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單，易于控制，采用三電極體系，在鈦片的兩表面均制備出更好垂直取向性、高長(zhǎng)徑比、管貌均勻和具有良好光催化性能的雙壁TiO2納米管陣列；大幅度提高了比表面積，有效地提高了鈦片的利用率。
文檔編號(hào)C25D11/26GK102817062SQ20121030747
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月13日
發(fā)明者肖順華, 寶音, 蔣英, 王任衡 申請(qǐng)人:桂林理工大學(xué)