[发明专利]银和硫化镉纳米粒子共修饰二氧化钛纳米管阵列的制备

说明书

技术领域

本发明属于无机纳米材料领域，涉及一种银和硫化镉纳米粒子共修饰二氧化钛纳米管阵列的制备方法。

背景技术

由于在利用太阳能和解决环境污染问题方面具有很大潜力，半导体光催化技术受到国内外广泛关注。其中，由于TiO₂无毒、稳定、光电性能突出，引起了人们研究的兴趣。在各种形貌的TiO₂中，TiO₂纳米管阵列具有一维纳米结构材料带来的巨大比表面积等结构和性能上的优势而备受关注，在光解水制氢、太阳能电池、超级电容器、催化降解水中有机染料、传感器和生物医用材料方面具有无与伦比的优势，是当今国际上研究的重点和热点领域。阳极氧化法可以简单、有效控制纳米管的管径、长度等形貌参数，已经成为最普遍也是最有效的方法之一。

TiO₂纳米管具有优良的光电性能，但是由于其固有的宽禁带特性（3.2eV），只能吸收太阳光谱中的紫外线，紫外线在太阳光谱中只占到约5%比例，极大地限制了其在实际生活中的应用。此外，光生电子与空穴对的过快复合，降低了TiO₂纳米管的有效光电效率。采用贵金属Ag对TiO₂纳米管进行修饰，可以有效地降低电子与空穴的快速复合，使光生电子通过表面的金属粒子快速的导出，提高光电化学性能。Liang采用NaBH₄在溶液中化学还原AgNO₃，成功的在TiO₂纳米管中制备出均匀分布的Ag纳米粒子，成为作为碱性环境下电化学氧化制备乙酸的活性催化点，具有很高的催化效率。Ratanatawanate用紫外灯光解氯金酸，在TiO₂纳米管内壁中还原制备了约1.6nm的金原子团簇，具有良好的溶解性，在生物医学方面前景广阔。利用窄能带半导体对TiO₂纳米管进行敏化是目前研究的热点，这方面的研究也比较全面。其中，以硫化镉为代表的硫系半导体修饰TiO₂纳米管最为常见，由于其能隙宽度比较窄，恰好处于可见光区，吸收可见光后激发的电子转移至TiO₂的导带，并沿着管壁迅速转移到基体，在光催化和DSSC应用方面具有很大的潜力。

对TiO₂纳米管单一的修饰改性进入瓶颈期，虽然可将光的吸收改性已取得了不小的进展，由此引起的空穴电子快速复合导致其光电性能提高不大，不能满足光催化，DSSC、光解水等实际应用的要求。采用贵金属和窄能带半导体对二氧化钛纳米管阵列进行共修饰，可以综合上述两种材料的优点，在拓展可见光吸收的前提下，限制空穴电子对的复合，提高电子利用率，具有广阔的前景。

发明内容

本发明的目的在于为克服现有技术的缺陷而提供一种银和硫化镉纳米粒子共修饰二氧化钛纳米管阵列的方法，实现了将银和硫化镉纳米粒子对二氧化钛纳米管阵列的共修饰，实现其对可见光的吸收和电子的快速转移。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种银和硫化镉纳米粒子共修饰二氧化钛纳米管阵列的方法，该方法包括以下步骤：

（1）将高纯钛片超声清洗除油，去除自然氧化膜，进行二次阳极氧化，制备出有序二氧化钛纳米管阵列，然后进行煅烧相转变，得到锐钛相二氧化钛纳米管阵列；

（2）采用偶联剂处理步骤（1）中得到的锐钛相二氧化钛纳米管阵列，并通过连续离子层吸附法（SILAR）沉积Ag纳米粒子；得到Ag纳米粒子修饰二氧化钛纳米管阵列；

（3）采用连续离子层吸附法（SILAR方法），对Ag修饰过的二氧化钛纳米管阵列继续进行CdS纳米粒子修饰。

所述的高纯Ti片的纯度≥99.5%，厚度为0.2~0.3mm，优选为0.25mm。

所述的步骤（1）中超声清洗是钛片依次在丙酮、甲醇和异丙醇中超声5~10min，去除钛表面的油污。

所述的步骤（1）中去除自然氧化膜是将去油清洗后的钛片放入混酸中超声5~10s除去氧化层，其中所述的混酸为HF:HNO₃:去离子水的体积为1:4:5。