[发明专利]高度有序三元钛铝锡合金氧化物纳米管阵列的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及材料化学领域，具体涉及一种高效有序三元钛铝锡合金氧化物纳米管阵列的制备方法及其应用。

背景技术

高级氧化降解是处理环境污染物质的重要途径之一。光催化氧化作为一种高级的深度氧化技术，具有氧化能力强，可控性高，反应条件温和，材料制备易得，无直接的二次污染等优点，为环境污染的治理提供了一条全新的充满希望的途径并引起了人们的广泛关注，而实现直接有效的利用太阳光来光电催化氧化降解环境污染物无疑是未来环境控制领域的发展趋势。在众多的光催化剂中，纳米结构的TiO₂由于具有相对较高的光催化活性，良好的光化学稳定性，非毒性及其他方面的潜在应用价值，被广泛的应用于光降解、储氢、太阳能电池等方面。许多研究表明，利用电化学阳极化的方法在钛基底上原位直立生长的TiO₂纳米管阵列（TiO₂ NTs）在不增加几何面积的情况下，可以获得与粉末状催化剂相媲美的比表面积。而且，因为纳米管阵列是生长在导电性良好的金属基底上的连续固体块状材料，所以其光电性质相比于粉末状TiO₂会有很大程度的提高，并能克服粉末状光催化剂难以回收的难题，因而受到了很大的关注。但是在实际应用中TiO₂纳米管阵列也由于以下两个缺点而受到限制。首先，光生电子和空穴复合合几率高，导致光量子效率低。第二，其禁带宽度只有3.2eV, 只有波长小于387nm的紫外线才能激发其催化活性，太阳能中占绝大多数的可见光被浪费。目前拓展TiO₂纳米管吸收光谱的研究主要集中在向纳米管内填塞一些掺杂物，提高TiO₂纳米管对太阳能的利用效率。其中，Al₂O₃和SnO₂等电荷转移类的催化剂，当TiO₂与电荷转移类的催化剂复合后，这些催化剂具有的电荷转移能力使它们能够调节和改变TiO₂表面羟基的空穴捕获能力和TiO₂表面的路易斯酸性，从而提高对目标污染物的吸附能力和光催化效率。另一方面，TiO₂和SnO₂界面上异质结的形成，很大程度的避免了光生载流子的复合，提高催化剂的量子效率和光催化活性。如果能在增强表面酸性和提高表面吸附能力的基础上，同时提高催化剂的光生电子和空穴的分离效率，则可以在很大程度上提高光催化剂的效率和光催化活性。但是，传统的填塞式掺杂在很大程度上降低了TiO₂纳米管固有的高比表面积，使得复合光催化剂的活性不能有效发挥。

因此，本发明采用电化学阳极氧化法，以钛铝锡合金为原料，在含氟离子的乙二醇溶液中得到了钛铝锡合金氧化物电极（Ti-Al-Sn alloy oxide NTs）。不仅在纳米管管底和管壁上高度均匀地原位生长了功能性的Al₂O₃和SnO₂，而且保留了TiO₂纳米管的高比表面积和光化学性能稳定的优点。所得到的Ti-Al-Sn合金氧化物纳米管阵列光阳极应用于亚甲基兰染料废水的模拟太阳光电催化氧化降解，并推广用于其它废水的模拟太阳光电催化氧化降解，具有良好的应用前景。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种能够利用模拟太阳光进行高效而稳定的高度有序三元钛铝锡合金氧化物纳米管阵列的制备方法及其应用。

本发明提出的高度有序三元钛铝锡合金氧化物纳米管阵列的制备方法，具体步骤如下：

（1）利用线切割机将钛铝锡合金切割成合适大小的合金板；

（2）将步骤（1）所得钛铝锡合金板用砂纸打磨抛光，在蒸馏水和丙酮中各超声清洗10～20min；室温下以预处理过的钛合金片为阳极，铂片电极为对电极，先在0.2～0.3mol/L的氢氟酸溶液中+5～10V预氧化0.5～1h，以含有0.2～0.3mol/L氟化铵的乙二醇溶液作为电解质，恒电位+20～40V阳极化1～3h，用二次蒸馏水清洗干净后氮气中晾干；

（3）将步骤（2）所得的钛铝锡合金板置于管式炉氧气气氛中进行热处理，以1～2℃/min升温速率由室温升至600℃并恒温1～3h，得到钛铝锡合金氧化物纳米管阵列。