[发明专利]一种在含氟电解液中制备的二氧化钛纳米孔阵列及其方法

说明书

本发明公开了一种在含氟电解液中制备的二氧化钛纳米孔阵列及其方法，属于二氧化钛纳米孔阵列领域。本发明的方法包括以下步骤：(1)处理作为阳极氧化阳极的含钛材料表面；(2)将氟化铵水溶液加入乙二醇中混合，得到含氟溶液；(3)将所述含氟溶液作为电解液，以阳极氧化法在电化学工作站三电极恒压工作模式下制备二氧化钛纳米孔阵列。本发明方法通过常用的阳极氧化法，对阳极氧化电压、时间和电解液浓度进行控制，可以得到孔径约6nm的二氧化钛纳米孔阵列，有望在光催化等方面的应用，而且该方法可控性好，操作简单易行，成本低，对环境友好。

技术领域

本发明属于二氧化钛纳米孔阵列领域，具体涉及一种在含氟电解液中制备的二氧化钛纳米孔阵列及其方法。

背景技术

二氧化钛作为一种重要的过渡金属氧化物，其纳米结构引起国内外材料科学家的广泛关注，并在许多方面得到应用。制备二氧化钛纳米结构的方法有很多，如水热法、模板合成法、溶胶-凝胶法、阳极氧化法等。近几十年来，在金属钛基底上生长高度有序的二氧化钛纳米孔阵列的阳极氧化法因其操作简单、成本低、可控性好等优点，成为一种非常受欢迎的研究方式。阳极氧化法制备得到的二氧化钛纳米孔阵列具有尺寸分布均匀、化学性质稳定、机械强度高、比表面积大等特性，在光催化、太阳能电池等方面显示出重要的应用价值。有研究表明，孔径为22nm的纳米孔阵列氢敏感性比孔径为76nm纳米孔阵列高约200倍，小孔径纳米孔阵列的比表面积增大了30％。而且在光催化应用上，小直径的二氧化钛纳米孔阵列具有更大的比表面积，能提供更大的活性位点，提高其光催化性能。制备具有高比表面积的二氧化钛纳米孔阵列是提高光吸收特性的有效手段，也能防止光生空穴-电子对的复合，使其催化作用增强。二氧化钛纳米孔阵列的直径大小，对其应用性能有很大影响，很多科学家致力于研究更小直径的二氧化钛纳米孔阵列材料。

制备直径尽可能小的二氧化钛纳米孔阵列材料对于提高其应用范围与应用效率至关重要，但是当前技术在制备超小直径的有序二氧化钛纳米孔阵列上遇到了很大困难。为解决上述问题，科学家致力于研究利用各种手段生长小直径二氧化钛纳米孔阵列，降低阳极氧化电压被广泛认为最有效的手段。目前为止文献中报道得到的纳米管的最小孔径为15nm，是在1V的外加电压下，1M的磷酸和0.3wt％的HF水溶液中得到的。实际上当电压在2.5V时得到的纳米管孔径也为15nm左右，继续降低电压没能得到更小孔径的纳米管。而当电压小于1V时，只得到氧化膜而没能生成纳米孔道。因此探索一种简单高效的方法制备超小直径二氧化钛纳米孔阵列具有重要的意义。

发明内容

针对以上现有技术存在的不足之处，本发明的首要目的在于提供一种在含氟电解液中制备二氧化钛纳米孔阵列的方法。

本发明的另一目的在于提供上述方法制备得到超小直径二氧化钛纳米孔阵列材料。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种在含氟电解液中制备二氧化钛纳米孔阵列的方法，包括以下步骤：

(1)处理作为阳极氧化阳极的含钛材料表面；

(2)将氟化铵水溶液加入乙二醇中混合，得到含氟溶液；

(3)将所述含氟溶液作为电解液，以阳极氧化法在电化学工作站三电极恒压工作模式下制备二氧化钛纳米孔阵列。

优选的，所述的含钛材料为纯钛材料(纯度99.9％)。将纯钛片在乙醇和去离子水中分别超声20min以除去表面的杂质，然后使用去离子水冲洗，自然条件下晾干，得到洁净的钛片。

优选的，所述含氟溶液中氟化铵的含量为0.1-0.5wt％。

优选的，所述含氟溶液中水的含量为0.5-4wt％。

优选的，所述的氟化铵纯度为98％，乙二醇浓度为99％。氟化铵在含0.5wt％去离子水的乙二醇电解液中的含量优选为0.1-0.5wt％，更优选为0.5wt％。所述更优选的氟化铵加入的质量与去离子水的质量比为1:1，此时两者饱和。