專利名稱：：一種以陽極氧化鋁為模板利用直流電沉積法制備TiO<sub>2</sub>納米材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，特別涉及一種以陽極氧化鋁為模板利用直流電沉積法制備Ti02納米材料的方法。
背景技術(shù)：
：AAO(陽極氧化鋁，AnodicAluminumOxide)模板由于制備工藝簡(jiǎn)單，孔徑大小均勻可調(diào)，因此廣泛應(yīng)用于納米材料研究中。在不同的用途和使用環(huán)境下，對(duì)于納米材料的尺寸和形貌要求也不同，以Ti02為例在抗菌中需要Ti02多為實(shí)心態(tài)，而在光催化降解有機(jī)物中，因?yàn)樾枰砑用艋瘎┨岣逿i02的催化性能，所以通常需要Ti02為管狀。過去對(duì)于生成物形貌調(diào)控的研究，更多為利用較復(fù)雜的方法調(diào)控生成物形貌或僅僅關(guān)注于生成物形貌的調(diào)控而未對(duì)生成物的尺寸加以闡述。在同一制備方法下，以AAO為模板通過簡(jiǎn)單改變制備條件即可調(diào)控產(chǎn)物為不同形貌且具有固定孔徑大小的納米材料未見報(bào)道。據(jù)蘭州大學(xué)學(xué)報(bào),2003，39(5):57-60報(bào)道徐惠等人發(fā)現(xiàn)通過控制AAO模板的浸入時(shí)間以及溶膠的溫度、濃度等因素可以制備不同孔徑和長(zhǎng)度的納米管和線。需要控制多種因素在實(shí)際的制備中較復(fù)雜,實(shí)用價(jià)值不大。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是通過改變表面活性劑的加入量而形成不同形狀的軟模板并結(jié)合AAO硬模板均勻孔徑的特點(diǎn)，調(diào)控制備出具有固定孔徑大小的納米Ti02管狀或線狀材料。一種以陽極氧化鋁為模板利用直流電沉積法制備Ti02材料的方法，其特征在于通過調(diào)控表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)的加入量制備出具有固定孔徑大小的納米Ti02管狀或線狀材料，具體步驟為在AAO模板背面濺射一層金后，以AA0/Au為陰極，正極采用鉑電極。在100ml含有0.2-1.0mo1/1的TiCl3電解液中，加入相對(duì)于電解液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.0061-0.06W的表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)，并利用NaHC03調(diào)節(jié)電解液PH值為1.5-2.5。恒電流50-70mA/cm2下磁力攪拌60_90min進(jìn)行電沉積。取出模板，在室溫下將模板靜置120-180min，然后放于馬弗爐中隨爐升溫至500-70(TC并恒溫240-300min后，隨爐降至室溫。用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的NaOH溶液溶解掉AAO模板，制備得到生成的是Ti02納米管。按照上述步驟制備Ti02納米材料的方法，其特征是表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)的加入量是相對(duì)于電解液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0.0003-0.006%,制備得到生成的是Ti02納米線。直流電沉積法調(diào)控機(jī)理研究由于表面活性劑分子一般都是由親水基和疏水基構(gòu)成，在形成聚集體時(shí)聚集體中的親水基和疏水基分別緊靠在一起定向排列。隨著親水部分和疏水部分所占面積相對(duì)大小的不同以至兩親分子作定向排列形成聚集體時(shí)，得到不同形狀的聚集體。當(dāng)CTAB加入量較少時(shí)，帶正電的親水基CTA+更容易在所形成棒型膠束的外沿排列。由于靜電作用Ti3+沿著CTA+的內(nèi)延排列生長(zhǎng)，成為Ti02納米線。反之，當(dāng)CTAB加入量較大時(shí)，帶正電的親水基CTA+更容易在指向圓心的內(nèi)沿排列形成反捧型膠團(tuán)。Tr沿著CTA+的外沿排列生長(zhǎng)，成為Ti02納米管。本發(fā)明的特點(diǎn)是通過改變表面活性劑的加入量而形成不同形狀的軟模板并結(jié)合AAO硬模板均勻孔徑的特點(diǎn)，調(diào)控制備出具有固定孔徑大小的納米"02管狀或線狀材料。以TEM表征Ti02納米材料的形貌，證實(shí)了僅通過改變表面活性劑CTAB的加入量即可調(diào)控生成納米Ti02管狀或線狀材料，利用XRD手段證實(shí)所生成的納米材料為多晶態(tài)的Ti02材料。此方法簡(jiǎn)單實(shí)用，容易實(shí)施。圖1為實(shí)例1所制備半透明的Ti02納米管。圖2為實(shí)例3所制備不透明狀的Ti02納米線。圖3是對(duì)應(yīng)于實(shí)例3所制備樣品的EDX圖譜。具體實(shí)施例方式實(shí)例l直流電沉積法制備Ti02納米管在AAO模板背面濺射一層金后，以AAO/Au為陰極，正極采用鉑電極。在含有0.2mo1/1的TiCl3電解液中，加入1.0g表面活性劑CTAB,調(diào)節(jié)電解液ra值為2。恒電流50mA/cm2下磁力攪拌60min進(jìn)行電沉積。取出模板，在室溫下將模板靜置120min，然后放于馬弗爐中隨爐升溫至70(TC并恒溫240inin后，隨爐降至室溫。用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5W的NaOH溶液溶解掉AAO模板，制備得到生成的Ti02納米管。實(shí)例2直流電沉積法制備Ti02納米管在AAO模板背面濺射一層金后，以AAO/Au為陰極，正極采用鉑電極。在含有0.8mo1/1的TiCl3電解液中，加入1.6g表面活性劑CTAB，調(diào)節(jié)電解液PH值為2.5。恒電流70mA/cm2下磁力攪拌60min進(jìn)行電沉積。取出模板，在室溫下將模板靜置160rain,然后放于馬弗爐中隨爐升溫至500'C并恒溫300min后，隨爐降至室溫。用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的NaOH溶液溶解掉AAO模板，制備得到生成的Ti02納米管。實(shí)例3直流電沉積法制備Ti02納米線在AAO模板背面濺射一層金后，以AAO/Au為陰極，正極采用鉑電極。在含有0.2mo1/1的TiCl3電解液中，加入0.2g表面活性劑CTAB。調(diào)節(jié)電解液PH值為2。恒電流50mA/cm2下磁力攪拌60min進(jìn)行電沉積。取出模板，在室溫下將模板靜置120min，然后放于馬弗爐中隨爐升溫至700'C并恒溫240min后，隨爐降至室溫。用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5免的Na0H溶液溶解掉AA0模板，制備得到生成的Ti02納米線。表1是對(duì)應(yīng)于實(shí)例3所制備樣品的元素成分分析表，分析結(jié)果證實(shí)樣品元素成份為A1、Ti、Au和O，說明樣品中僅有以下物質(zhì)氧化鋁(模板成分)，鈦的氧化物和金(制備中濺射所得)。由此可以推斷Ti02納米材料在模板中已成功制備。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>實(shí)例4直流電沉積法制備Ti02納米線在AAO模板背面濺射一層金后，以AAO/Au為陰極，正極采用鉑電極。在含有0.8roo1/1的TiCl3電解液中，加入0.08g表面活性劑CTAB。調(diào)節(jié)電解液PH值為1.8。恒電流70mA/cm2下磁力攪拌85min進(jìn)行電沉積。取出模板，在室溫下將模板靜置120min，然后放于馬弗爐中隨爐升溫至60(TC并恒溫280min后，隨爐降至室溫。用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的NaOH溶液溶解掉AAO模板，制備得到生成的Ti02納米線。權(quán)利要求1、一種以陽極氧化鋁為模板利用直流電沉積法制備TiO2材料的方法，其特征在于在AAO模板背面濺射一層金后，以AAO/Au為陰極，正極采用鉑電極；在100ml含有0.2-1.0mol/l的TiCl3電解液中，加入相對(duì)于電解液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.0061-0.06％的表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨，并利用NaHCO3調(diào)節(jié)電解液PH值為1.5-2.5；恒電流50-70mA/cm2下磁力攪拌60-90min進(jìn)行電沉積；取出模板，在室溫下將模板靜置120-180min，然后放于馬弗爐中隨爐升溫至500-700℃并恒溫240-300min后，隨爐降至室溫；用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％的NaOH溶液溶解掉AAO模板，制備得到生成的是TiO2納米管。2、如權(quán)利要求1所述一種以陽極氧化鋁為模板利用直流電沉積法制備Ti02材料的方法，其特征在于表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨的加入量是相對(duì)于電解液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0.0003-0.006%，制備得到生成的是Ti02納米線。全文摘要本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，特別涉及一種以陽極氧化鋁為模板利用直流電沉積法制備TiO<sub>2</sub>納米材料的方法。本發(fā)明的特點(diǎn)是十六烷基三甲基溴化銨為表面活性劑，通過改變表面活性劑的加入量而形成不同形狀的軟模板并結(jié)合AAO硬模板均勻孔徑的特點(diǎn)，調(diào)控制備出具有固定孔徑大小的納米TiO<sub>2</sub>管狀或線狀材料。以TEM表征TiO<sub>2</sub>納米材料的形貌，證實(shí)了僅通過改變表面活性劑CTAB的加入量即可調(diào)控生成納米TiO<sub>2</sub>管狀或線狀材料，利用XRD手段證實(shí)所生成的納米材料為多晶態(tài)的TiO<sub>2</sub>材料。此方法簡(jiǎn)單實(shí)用，容易實(shí)施。文檔編號(hào)C30B29/62GK101104953SQ200710098860公開日2008年1月16日申請(qǐng)日期2007年4月28日優(yōu)先權(quán)日2007年4月28日發(fā)明者輝劉,潔馬申請(qǐng)人:首都師范大學(xué)