[发明专利]含DMSO电解液中制备二氧化钛纳米管的方法

说明书

 

技术领域

本发明属于二氧化钛制备技术领域，尤其是涉及一种在包含适量DMSO的电解液中制备TiO2纳米管的方法。

背景技术

自2001年首先报道了采用阳极氧化制备TiO₂纳米管有序阵列的方法以来，对于纳米尺寸上的金属氧化物有序结构的研究成为纳米材料研究领域中的一个热点，这是因为TiO₂纳米管有序阵列具有区别于纳米粉体的奇异特性。与纳米TiO₂粉末相比，TiO₂纳米管具有更大的比表面积和更强的吸附能力，因而表现出更高的氢敏感性、光电转化效率和光催化性能，使其在气敏传感材料、太阳能电池、光催化等方面具有不可估量的潜在应用价值，吸引了各国科研工作者的广泛关注，大量的文献报道了有关TiO₂纳米管制备及其应用方面的研究。例如：Grimes课题组利用电化学阳极氧化方法制得 TiO₂ 纳米管阵列，并将其作为光阳极进行光电催化分解水制氢。研究表明TiO₂ 纳米管阵列能为光电化学反应提供更大的比表面积，且钛基TiO₂ 纳米管阵列上产生的光生电子能更快地进入钛导电基体，减少了光生电子与空穴的复合，使TiO₂ 纳米管阵列的光电转化效率得到明显提高；将TiO₂ 纳米管阵列用于光电催化降解环境污染物，对水溶液中的五氯苯酚光电催化降解速率是同样条件下TiO₂ 粉末的1.86 倍，同样条件下对TOC 的去除率高出20 %，对亚甲基蓝降解的光催化脱色率达到90 %以上。将TiO₂ 纳米管阵列作为光阳极制得的染料敏化太阳能电池也受到人们的广泛关注，并使光电转换效率得到大幅提高。这些研究工作表明TiO₂纳米管及复合TiO₂ 纳米管阵列，在光催化、太阳能电池、气敏传感器以及微电子、医疗等领域具有潜在的不可估量的应用价值。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题在于改善现有TiO₂ 纳米管的壁厚和长径比，提供一种在包含适量DMSO电解液中制备TiO₂纳米管的方法，其制备工艺简单，操作方便且设计合理，并且可以可控合成形貌良好的TiO₂ 纳米管。其制备的TiO₂ 纳米管性能优良，可以明显改善现有纳米管的壁厚和长径比，可以有效推动TiO₂ 纳米管的有序阵列的实用化进程。

技术方案：含DMSO电解液中制备二氧化钛纳米管的方法，制备步骤为：

a.对高纯钛片进行预处理，其包含以下步骤：去除钛片表面的氧化层；将钛片浸泡在体积浓度30%的盐酸溶液中，加热至80℃保持20min，进一步去除表面氧化层，再用去离子水在超声条件下清洗干净，干燥后密闭保存；

b. 对钛片进行第一次阳极氧化，其包含以下步骤：配置电解液：将含氟原子离子化合物作为溶质溶于水，且加入有机溶剂均匀混合后制得电解液，所述含氟原子离子化合物的含量为0.25wt%，水的含量为2wt%，有机溶剂的含量为97.75wt%，所述有机溶剂为乙二醇和DMSO的任意比混合溶剂；将经预处理的纯钛片置于所述电解液中进行第一次阳极氧化反应，制得TiO₂纳米管的一级初步产品：以钛片作为阳极，铂片作为阴极，在磁力搅拌条件下，施加20～40V的电压对钛片进行阳极氧化，氧化温度为室温，氧化时间为12小时；将经过第一次阳极氧化后制得的钛片在超声条件下清洗掉表面的TiO₂纳米管，然后先用乙醇在超声条件下清洗干净，再用去离子水在超声条件下清洗干净，干燥后密闭保存；

c．对钛片进行第二次阳极氧化，其包含以下步骤：将第一次阳极氧化处理后的钛片置于第一次阳极氧化使用的电解液中，制得TiO₂纳米管产品：以经过第一次阳极氧化处理的钛片为阳极，铂片作为阴极，在和第一次阳极氧化相同的磁力搅拌速度和电压下对第一次阳极氧化后的的钛片进行二次阳极氧化，氧化温度为室温，氧化时间为2小时～8小时；将经过第二次阳极氧化后制得的TiO₂纳米管在乙醇中超声清洗掉表面的有机溶剂和杂质，再在去离子水中超声清洗干净，干燥后密闭保存。

所述含氟原子离子化合物为NaF、KF或NH₄F。

所述有机溶剂中DMSO的含量不超过25wt%。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下特点：