[发明专利]钼钨掺杂阳极氧化法制备二氧化钛纳米管阵列的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钼钨掺杂阳极氧化法制备二氧化钛纳米管阵列的方法。

背景技术

阳极氧化法制备二氧化钛纳米管阵列，具有比表面积大，孔径可调等优点，其特殊的纳米管状结构，有利于光生电子和光生空穴的分离，可有效提高太阳能电池的光电转换效率，已成为各国科学领域的研究热点。目前的阳极氧化法制备二氧化钛纳米管阵列的电解液通常为无机水溶液体系，由于各种离于在水溶液中迁移速度相对较快，电化学阳极氧化的速度也快速，可在比较短的时间内形成纳米管阵列。但施加的阳极氧化电压一般只能在10～25V的范围内，超出此电压范围就不能形成纳米管状结构，这同时在一定程度上限制了纳米管的管径，而且在水溶液体系中制备的纳米管管壁较薄，容易破损。200410021589.X公开了一种高长径比二氧化钛纳米管阵列的制备方法，其电解液的溶质为氟化物和支持电解质，溶剂为水，并加入醇类添加剂，在3～50V电压条件下电解，这种纳米管管子仍较短，只有250纳米长，比表面积不够大，且只能吸收紫外光区的光，不能充分利用自然界太阳光。目前，国内外还没有掺杂金属元素的阳极氧化法制备二氧化钛纳米管阵列的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可进一步增加二氧化钛纳米管的管长，扩大光极材料的比表面积，拓宽其在可见光区的吸收光谱的钼钨掺杂阳极氧化法制备二氧化钛纳米管阵列的方法。

本发明的技术方案包括以下步骤：

(1)将基底材料表面打磨，清洗干净备用；

(2)配制有机电解液：电解液由HF质量百分含量为0.5-3％的氢氟酸与二甲基亚砜的混合溶液。

(3)在25～100V直流电压下，以纯钛或钛合金为阳极，铂片为阴极，在电解液中电解制备纳米管；

(4)掺杂钨，钼的二氧化钛纳米管阵列的制备：

①用以上制备的TiO₂纳米管阵列浸泡在WO₃或MoO₃以O₂^2-为螯合剂的澄清溶液中10-90分钟，WO₃或MoO₃螯合物在电场力吸引和毛细管作用下进入TiO₂纳米管；W，Mo的含量可通过改变浸泡时间来控制。

②在500-600℃有氧条件下煅烧4-6h，得到掺杂W或Mo的TiO₂纳米管。

所述电解的直流电压最佳为30-70V。

所述螯合物中钨或钼的密度为0.01-0.035g/mL。

本发明运用二甲基亚砜含氟化物的有机溶液体系在高直流电压下制备的氧化钛纳米管阵列其管长大大加长，最长可达35微米。极大的增加了TiO₂光极材料的比表面积，这在染料敏化太阳能电池中具有重要的意义。而且钼、钨掺杂的TiO₂纳米管阵列进一步增大了该材料的表面缺陷，有助于光生空穴和光生电子的分离。紫外-可见吸收光谱分析表明，MoO₃-TiO₂纳米管阵列在550纳米波长处开始起峰，禁带宽度为2.25eV，WO3-TiO₂纳米管阵列在525纳米波长处开始起峰，禁带宽度为2.36eV。而纯的TiO₂的禁带宽度为3.2eV。此结果表明通过掺杂Mo，W元素极大的降低了TiO₂的禁带宽度，拓宽了TiO₂在可见光区的吸收光谱。

附图说明

图1为纳米管阵列放大的扫描电子显微镜截面图；

图2为为掺杂钼和钨的纳米管煅烧后的能力弥散能谱图。

图1中(A)为侧面图，(B)为放大的截面图；

图2中(C)和(D)分别为掺杂钼和钨的纳米管煅烧后的能力弥散能谱图。

具体实施方式

实施例1：

(1)将基底材料表面打磨，清洗干净备用；

(2)配制有机电解液：

量取1.47mL质量百分含量为40％的氢氟酸(HF)溶液，与28.53mL的无水二甲基亚砜(DMSO)均匀混合，配制成HF质量百分含量为2％的DMSO溶液；

(3)制备氧化钛纳米管阵列：以纯度99.9％以上的钛片(0.3*1.8cm)为阳极，铂片(0.5*1cm)为阴极，在60V直流电压下，电解24小时，即可制得长35微米的纳米管；

(4)掺杂钨，钼的二氧化钛纳米管阵列制备：