[发明专利]一种光催化二氧化钛/氧化钨复合薄膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种光催化二氧化钛/氧化钨复合薄膜的制备方法。通过控制电解质组成和电学参数输入，利用高压阳极氧化中氧化膜/电解液界面电双层中的强电场驱动，在数秒到数十秒短的时间内，在钛或钛合金表面生长出厚度在100nm至数微米厚、彩色、高活性的二氧化钛/氧化钨复合薄膜。在紫外‑可见光辐照下，所制备的复合薄膜可以在30分钟内降解掉95％以上的有色有机污染物甲基橙。与现有技术相比，本发明不仅制备工艺简单、膜生长快速、环保无污染，且所制备的薄膜具有富含氧空位、高光催化活性、色彩可调等优势，可赋予钛合金自清洁和装饰的能力，有助于拓展钛合金在汽车工业、建筑工业和海洋行业等方面的应用。

技术领域

本发明属于金属表面功能化技术领域，具体涉及一种利用高压阳极氧化技术在钛或钛合金表面制备具有光催化自清洁能力的二氧化钛/氧化钨复合薄膜的方法。

背景技术

随着全球工业化进程的不断发展，环境污染问题日益严重，环境保护和可持续发展成为人类必须考虑的首要问题。二氧化钛光催化氧化剂价廉易得、无毒、稳定性好、氧化性强，使用太阳光照射悬浮二氧化钛颗粒的被污染溶液，可使其中有机物不同程度得以降解与去除，尤其是和氧化钨复合之后，能进一步抑制空穴-电子对的复合率，提升光催化效率，已被证实在水处理技术中具有应用前景。然而，悬浮催化剂的方法有诸多弊端：在水中容易凝聚而失去活性，使光的穿透力受阻；污染物会在微颗粒之间团聚，堵塞光催化通道；尤其是处理后的催化剂的分离与回收的难题已成为该项技术能否实用化的关键。

使用电化学阳极氧化的方法直接在钛合金基体上制备二氧化钛/氧化钨复合薄膜，可以有效的避开悬浮法所面临的问题。合金作为复合薄膜的载体，可以在宏观上呈现出多空隙状，增加有效光催化的面积；在微观的角度，复合薄膜表明平整，不会产生污染物阻塞的现象；不存在后处理中催化剂与溶液的分离问题。目前，公知的电化学阳极氧化有两种，多孔阳极氧化和微弧氧化：多孔阳极氧化的生长电压在小于150V的区间，制备的二氧化钛无法复合其他半导体来抑制激子复合，而微弧氧化的生长电压在大于400V的区间，可以很好的复合氧化钨，但是制备过程存在的气体等离子体会修复二氧化钛/氧化钨复合薄膜中的氧空位，抑制激子分离而导致光催化效率下降。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用高电压阳极氧化方法在钛及钛合金表面原位生成一层具备光催化除污能力的二氧化钛/氧化钨复合薄膜的方法。

针对上述目的，本发明采用的技术方案由下述步骤组成：

1、将硅钨酸以1.00～10.00g/L的浓度溶于水中，得到电解液；或者将钨酸钠和氢氧化钾分别以1.15～10.00g/L、2.50～8.00g/L的浓度溶于水中，得到电解液。

2、将钛或钛合金表面清洗干净，然后放入步骤1的电解液中作为阳极，以不锈钢或者铜片作为阴极，连接恒流电源进行高压阳极氧化处理，高压阳极氧化处理的电学参数为：电流密度为1～15A/dm²，恒流电源为直流电源时要求输出电压在100～1000V连续可调节，恒流电源为脉冲电源时要求频率为100Hz～10kHz、占空比在10％～80％连续可调节、输出电压在100～1000V连续可调节；在氧化到150～450V时，立即关闭电源停止氧化，取出钛或钛合金用水清洗、自然干燥。

上述步骤1中，优选将硅钨酸以2.50～6.00g/L的浓度溶于水中，得到电解液；或者优选将钨酸钠和氢氧化钾分别以2.00～5.00g/L、4.00～6.00g/L的浓度溶于水中，得到电解液。

上述步骤2中，优选所述高压阳极氧化处理的电学参数为：电流密度为3～10A/dm²，恒流电源为直流电源时要求输出电压在100～1000V连续可调节，恒流电源为脉冲电源时要求频率为100Hz～800Hz、占空比在40％～60％连续可调节、输出电压在100～800V连续可调节。

上述步骤2中，进一步优选在氧化到200～350V时，立即关闭电源停止氧化。