[发明专利]管间独立、有序的二氧化钛纳米管阵列的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米管阵列的制备方法，尤其是一种管间独立、有序的二氧化钛纳米管阵列的制备方法。

背景技术

二氧化钛是一种重要的半导体功能材料，属于电子导电型(n型)半导体，因其具有较大的禁带宽度、高的氧化还原电位和强的光催化活性而被广泛地应用于污染物降解、染料敏化太阳能电池、燃料电池和电阻式存储器件等之中。二氧化钛纳米管阵列的高比表面积、强吸附性、一维的电荷输运特性、以及作为低维微纳材料的有效复合载体，使其具有比二氧化钛更优异的性能和应用前景。人们为了获得二氧化钛纳米管阵列，作了一些尝试和努力，如在2008年7月30日公开的中国发明专利申请公布说明书CN 101230479A中披露的一种“利用多步阳极氧化法制备梯度TiO₂纳米管阵列薄膜的方法”。该方法以磷酸、氢氟酸、氟化铵、甘油、去离子水等为主要原料，分别配制成水基电解液和有机电解液，通过将钛箔片与铂片构成的两电极系统在水基电解液和有机电解液中反复进行阳极氧化，最后在钛箔片上生长出具有梯度结构的TiO₂纳米管阵列薄膜材料。但是，这种制备方法存在着不足之处，首先，制得的TiO₂纳米管阵列虽具有梯度结构，然其梯度间存在着的界面应力会使梯度处的管壁产生脱落，这种脱落不仅造成纳米管内外壁的破损，还极易堵塞纳米管道，使产物的比表面积大大降低，导致其机械性能的大幅下降，极大地降低了产物的使用价值；其次，除上述缺陷之外，产物——阵列薄膜的表面也面临着阳极氧化完成之后所产生的阻挡层难以去除的技术难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种产物的表面没有阻挡层、管壁表面平整光滑的管间独立、有序的二氧化钛纳米管阵列的制备方法

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：管间独立、有序的二氧化钛纳米管阵列的制备方法包括将金属钛片依次置于水基电解液和有机电解液中进行阳极氧化，特别是完成步骤如下：

步骤1，先将金属钛片作为阳极置于搅拌下、温度为25～35℃，氟化铵、硫酸和水间摩尔比为0.12～0.16∶1.6～2∶48～52的水基电解液中，调节直流电压以0.8～1.2V/s的速率由0V升至20V后保持至少25min，再将经首次阳极氧化过的金属钛片取出后用水清洗，之后，将经首次阳极氧化和清洗过的金属钛片作为阳极置于温度为25～35℃，氟化铵、水和乙二醇间摩尔比为0.06～0.1∶1.09～1.3∶15.5～19.5的有机电解液中，调节直流电压以0.8～1.2V/s的速率由0V升至60V后保持至少1h；

步骤2，将经二次阳极氧化过的金属钛片置于乙二醇中超声振荡至灰色物质从金属钛片表面脱落完，制得管外直径为150～200nm、管壁厚为10～15nm的管间独立、有序的二氧化钛纳米管阵列。

作为管间独立、有序的二氧化钛纳米管阵列的制备方法的进一步改进，所述的超声振荡时超声波的频率为30～50KHz，功率为350～450W；所述的将经二次阳极氧化过的金属钛片置于乙二醇中超声振荡至灰色物质从金属钛片表面脱落完后，先将其置于乙二醇中浸泡至少8h，再将其用水洗涤和进行干燥处理；所述的用水洗涤为用去离子水或蒸馏水洗涤1～3次；所述的进行干燥处理为于45～55℃下烘干；所述的金属钛片的纯度为≥99.9％；所述的水基电解液和有机电解液中的水，以及清洗首次阳极氧化过的金属钛片的水为去离子水或蒸馏水；所述的首次和二次阳极氧化时的对电极均为石墨电极；所述的阳极与对电极的间距为3～5cm；所述的在对金属钛片进行阳极氧化前，先将其依次置于丙酮、乙醇和去离子水中各超声洗涤至少10min后，再将其置于45～55℃下烘干。