CN105734641B - 一种复合结构二氧化钛纳米管阵列的制备方法 - Google Patents

一种复合结构二氧化钛纳米管阵列的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105734641B
CN105734641B CN201610153266.9A CN201610153266A CN105734641B CN 105734641 B CN105734641 B CN 105734641B CN 201610153266 A CN201610153266 A CN 201610153266A CN 105734641 B CN105734641 B CN 105734641B
Authority
CN
China
Prior art keywords
titanium dioxide
tube array
nano tube
composite construction
preparation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201610153266.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105734641A (zh
Inventor
李耀刚
衡维新
王宏志
张青红
侯成义
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Donghua University
Original Assignee
Donghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Donghua University filed Critical Donghua University
Priority to CN201610153266.9A priority Critical patent/CN105734641B/zh
Publication of CN105734641A publication Critical patent/CN105734641A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105734641B publication Critical patent/CN105734641B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02—Anodisation
    • C25D11/26—Anodisation of refractory metals or alloys based thereon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

本发明涉及一种复合结构二氧化钛纳米管阵列的制备方法，包括：将钛箔作为阳极，铂片作为阴极，在氟化铵电解液中阳极氧化，得到二氧化钛纳米管阵列；将二氧化钛纳米管阵列进行热处理，然后浸入TiCl3溶液中，进行水热处理；将水热处理得到的样品进行清洗、烘干，然后进行热处理，冷却后即得复合结构二氧化钛纳米管阵列。本发明的方法大大增加了二氧化钛纳米管的比表面积，提高了对光的吸收利用率，其光电催化效率比常规二氧化钛纳米管阵列提高了一倍。

Description

一种复合结构二氧化钛纳米管阵列的制备方法
技术领域
本发明属于二氧化钛纳米管阵列的制备领域，特别涉及一种复合结构二氧化钛纳米管阵列的制备方法。
背景技术
随着世界经济的快速发展，水污染问题日益严重，水中的有机污染物对人体和生物产生了明显的毒害作用，消除水中有机污染物已成为环保领域的一项重要课题。光电催化降解技术是利用半导体催化剂在太阳光的照射下产生的空穴和羟基自由基将难降解有机物分解为无毒的二氧化碳、水和其它无机小分子，具有高效和环境友好等优点，是一种理想的水污染处理方法。
TiO2作为一种重要的无机材料，在光催化降解有机物领域有着广泛的应用。其中TiO2纳米管阵列由于其特殊结构而产生表面效应、量子尺寸效应等，使其具有稳定性较高、耐酸耐碱强、光电催化性能好等特点。但是仍然存在一些问题制约了TiO2纳米管的进一步应用。TiO2纳米管的比表面积较小，提高二氧化钛纳米管的比表面积可以增加其对有机物的吸附能力，从而提高光催化效率。二氧化钛纳米颗粒具有较大的比表面积，使其与二氧化钛纳米管复合将提高二氧化钛纳米管的比表面积以及电子传输能力，可以显著增强降解有机物的能力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种复合结构二氧化钛纳米管阵列的制备方法，该方法制备工艺简单、成本低，在二氧化钛纳米管表面获得分布均匀且大小可控的纳米颗粒，增加了二氧化钛纳米管的比表面积，有效地提高了对有机物的催化性能。
本发明的一种复合结构二氧化钛纳米管阵列的制备方法，包括：
(1)将钛箔作为阳极，铂片作为阴极，在氟化铵电解液中阳极氧化，得到二氧化钛纳米管阵列；其中，阳极氧化的电压为40～60V，氧化时间为1～2h；
(2)将步骤(1)中得到的二氧化钛纳米管阵列进行热处理，然后浸入TiCl3溶液中，进行水热处理；其中，水热处理的温度为80～90℃，时间为3～12h；
(3)将步骤(2)中水热处理得到的样品进行清洗、烘干，然后进行热处理，冷却后即得复合结构二氧化钛纳米管阵列。
所述步骤(1)中钛箔的纯度为95～99wt％，厚度为0.1～0.5mm，使用前进行清洗。
所述清洗为：将钛箔依次浸入丙酮、异丙醇、乙醇和水超声洗涤10～20分钟。
所述步骤(1)中氟化铵电解液采用去离子水、氟化铵和乙二醇配制；其中，氟化铵的质量浓度为0.2％～0.3％，去离子水的体积浓度为1％～5％，乙二醇为溶剂。
所述步骤(2)和步骤(3)中热处理的温度为400～500℃，保温时间为2～3h。
所述步骤(2)中TiCl3溶液的浓度为5～10mmol/L。
所述步骤(3)中清洗为去离子水超声清洗。
本发明中所用水为电阻率为18～18.2MΩ·cm的去离子水。
有益效果
(1)本发明采用阳极氧化和水热处理的工艺，在钛箔上制备复合结构二氧化钛纳米管阵列，此方法制备工艺简单，成本低，并且有效提高了二氧化钛纳米管阵列的比表面积；
(2)本发明的方法得到的复合结构二氧化钛纳米管阵列具有优良的电子传导能力，并且能够提高光源的利用效率，提高光电催化降解有机物的效率，其光电催化效率比常规二氧化钛纳米管阵列提高了一倍。
附图说明
图1为实施例1制备的二氧化钛纳米管阵列的SEM图；
图2为实施例1制备的二氧化钛纳米管阵列的截面SEM图；
图3为实施例1制备的复合结构二氧化钛纳米管阵列的SEM图；
图4为实施例1制备的复合结构二氧化钛纳米管阵列的截面SEM图；
图5为实施例1中二氧化钛纳米管阵列和复合结构二氧化钛纳米管阵列对紫外光照的电流响应曲线，其中(a)为常规二氧化钛纳米管阵列的光电流曲线，(b)为复合结构二氧化钛纳米管的光电流曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
将钛箔依浸入丙酮、异丙醇、乙醇和超纯水中各自超声洗涤15分钟。采用去离子水、氟化铵、乙二醇配制电解液，氟化铵的质量浓度为0.25％，去离子水的体积浓度为5％；将处理过的钛箔作为阳极，铂片为阴极，在电压为40V的恒压模式条件下进行阳极氧化，时间为1h，得到二氧化钛纳米管阵列。阳极氧化结束后取出钛箔并用去离子水超声清洗15min，烘干后在450℃下煅烧2h。配置50ml的5mmol/L的TiCl3水溶液，得到紫色澄清溶液。将经过热处理的样品和配好的TiCl3溶液一起置入水热釜中于80℃保温6h，水热结束后，用去离子水超声清洗、烘干，进行热处理，热处理工艺与二氧化钛纳米管热处理工艺相同，冷却至室温，样品制备完成。图1为未处理的二氧化钛纳米管阵列的表面图，图2是二氧化钛纳米管阵列的截面图，可以看出二氧化钛纳米管的直径在55nm左右；图3是水热处理后的二氧化钛纳米管阵列的表面图，图4是水热处理后的二氧化钛纳米管阵列的截面图；可以看出二氧化钛纳米管表面覆盖一层由二氧化钛纳米颗粒组成的薄膜，管壁上也附着了纳米颗粒并且这些纳米颗粒聚集使得二氧化钛纳米管壁的直径变大，达到100nm。
以含有葡萄糖(有机物)的1mol/L的NaH2PO4水溶液来检验工作电极(二氧化钛)对葡萄糖(有机物)的光电催化性能。以制备的复合结构二氧化钛纳米管阵列作为工作电极，以Ag/AgCl为参比电极，以铂丝为对电极，将三电极与电化学工作站连接，在工作电极施加紫外光(λ＝365nm)，并施加一个偏压(0.1～0.6V)，可检测到二氧化钛对有机物的降解对紫外光的响应情况。如图5所示，在没有光照条件下，二氧化钛纳米管阵列(a)检测到的电流几乎为零；在有紫外光照射的情况下，纳米复合结构二氧化钛纳米管阵列(b)检测到的光电流比原始二氧化钛纳米管阵列要高一倍多。
实施例2
将钛箔依次浸入丙酮、异丙醇、乙醇和超纯水中各自超声洗涤10分钟。采用去离子水、氟化铵、乙二醇配制电解液，氟化铵的质量浓度为0.2％，去离子水的体积浓度为3％；将处理过的钛箔作为阳极，铂片为阴极，在电压为40V的恒压模式条件下进行阳极氧化，时间为1h，得到二氧化钛纳米管阵列。阳极氧化结束后取出钛箔并用去离子水超声清洗10min，烘干后在400℃下煅烧2h。配置50ml的10mmol/L的TiCl3水溶液，得到紫色澄清溶液。将经过热处理的样品和配好的TiCl3溶液一起置入水热釜中于85℃保温3h，水热结束后，用去离子水超声清洗、烘干，进行热处理，热处理工艺与二氧化钛纳米管阵列热处理工艺相同，冷却至室温，样品制备完成。
实施例3
将钛箔依次浸入丙酮、异丙醇、乙醇和超纯水中各自超声洗涤20分钟。采用去离子水、氟化铵、乙二醇配制电解液，氟化铵的质量浓度为0.3％，去离子水的体积浓度为5％；将处理过的钛箔作为阳极，铂片为阴极，在电压为40V的恒压模式条件下进行阳极氧化，时间为1h，得到二氧化钛纳米管阵列。阳极氧化结束后取出钛箔并用去离子水超声清洗20min，烘干后在500℃下煅烧2h。配置50ml的8mmol/L的TiCl3水溶液，得到紫色澄清溶液。将经过热处理的样品和配好的TiCl3溶液一起置入水热釜中于90℃保温12h，水热结束后，用去离子水超声清洗、烘干，进行热处理，热处理工艺与二氧化钛纳米管阵列热处理工艺相同，冷却至室温，样品制备完成。

Claims (6)

1.一种复合结构二氧化钛纳米管阵列的制备方法，包括：
(1)将钛箔作为阳极，铂片作为阴极，在氟化铵电解液中阳极氧化，得到二氧化钛纳米管阵列；其中，阳极氧化的电压为40～60V，氧化时间为1～2h；氟化铵电解液中氟化铵的质量浓度为0.2％～0.3％；
(2)将步骤(1)中得到的二氧化钛纳米管阵列进行热处理，然后浸入TiCl3溶液中，进行水热处理；其中，水热处理的温度为80～90℃，时间为3～12h；TiCl3溶液的浓度为5～10mmol/L；
(3)将步骤(2)中水热处理得到的样品进行清洗、烘干，然后进行热处理，冷却后即得复合结构二氧化钛纳米管阵列。
2.根据权利要求1所述的一种复合结构二氧化钛纳米管阵列的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中钛箔的纯度为95～99wt％，厚度为0.1～0.5mm，使用前进行清洗。
3.根据权利要求2所述的一种复合结构二氧化钛纳米管阵列的制备方法，其特征在于，所述清洗为：将钛箔依次浸入丙酮、异丙醇、乙醇和水超声洗涤10～20分钟。
4.根据权利要求1所述的一种复合结构二氧化钛纳米管阵列的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中氟化铵电解液采用去离子水、氟化铵和乙二醇配制；其中，去离子水的体积浓度为1％～5％，乙二醇为溶剂。
5.根据权利要求1所述的一种复合结构二氧化钛纳米管阵列的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)和步骤(3)中热处理的温度为400～500℃，保温时间为2～3h。
6.根据权利要求1所述的一种复合结构二氧化钛纳米管阵列的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中清洗为去离子水超声清洗。
CN201610153266.9A 2016-03-17 2016-03-17 一种复合结构二氧化钛纳米管阵列的制备方法 Expired - Fee Related CN105734641B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610153266.9A CN105734641B (zh) 2016-03-17 2016-03-17 一种复合结构二氧化钛纳米管阵列的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610153266.9A CN105734641B (zh) 2016-03-17 2016-03-17 一种复合结构二氧化钛纳米管阵列的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105734641A CN105734641A (zh) 2016-07-06
CN105734641B true CN105734641B (zh) 2018-10-23

Family

ID=56250823

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610153266.9A Expired - Fee Related CN105734641B (zh) 2016-03-17 2016-03-17 一种复合结构二氧化钛纳米管阵列的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105734641B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106348620B (zh) * 2016-08-30 2019-02-01 上海大学 具有纳米三维花状结构的金红石二氧化钛材料的制备方法及其应用
CN114774930A (zh) * 2022-04-21 2022-07-22 广州大学 一种二氧化钛抗菌抗黏附复合表面的制备方法及应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103103596A (zh) * 2013-01-14 2013-05-15 北京工业大学 一种二氧化钛纳米管与纳米棒同轴复合阵列的制备方法
CN104098134A (zh) * 2014-07-07 2014-10-15 北京大学 一种无定形层包覆的TiO2纳米管的制备方法及其用途

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103103596A (zh) * 2013-01-14 2013-05-15 北京工业大学 一种二氧化钛纳米管与纳米棒同轴复合阵列的制备方法
CN104098134A (zh) * 2014-07-07 2014-10-15 北京大学 一种无定形层包覆的TiO2纳米管的制备方法及其用途

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Meidan Ye等.Hierarchically Structured Nanotubes for Highly Efficient Dye-Sensitized Solar Cells.《advanced materials》.2013,第25卷(第22期),第1-6页. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN105734641A (zh) 2016-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yi et al. Synthesis, surface properties, crystal structure and dye-sensitized solar cell performance of TiO2 nanotube arrays anodized under different parameters
Garino et al. Microwave-assisted synthesis of reduced graphene oxide/SnO2 nanocomposite for oxygen reduction reaction in microbial fuel cells
Liu et al. A TiO2 nanosheet-g-C3N4 composite photoelectrochemical enzyme biosensor excitable by visible irradiation
Hou et al. Photoeletrocatalytic activity of a Cu2O-loaded self-organized highly oriented TiO2 nanotube array electrode for 4-chlorophenol degradation
Ai et al. Explaining the enhanced photoelectrochemical behavior of highly ordered TiO2 nanotube arrays: anatase/rutile phase junction
Wang et al. Enhanced photoelectrocatalytic activity for dye degradation by graphene–titania composite film electrodes
Jiang et al. Preparation and photoelectrocatalytic properties of titania/carbon nanotube composite films
Rajagopal et al. Synthesis of rGO-doped Nb4O5–TiO2 nanorods for photocatalytic and electrochemical energy storage applications
CN102941077A (zh) 一种具有可见光活性的二氧化钛纳米管薄膜的制备方法
Yun et al. Sodium fluoride-assisted modulation of anodized TiO2 nanotube for dye-sensitized solar cells application
CN105712428A (zh) 一种掺锑二氧化锡-碳纳米管复合吸附性电极及其制备方法
Sang et al. Preparation of carbon dots/TiO2 electrodes and their photoelectrochemical activities for water splitting
Xie et al. Enhancement of photoelectrochemical activity of Fe2O3 nanowires decorated with carbon quantum dots
Aïnouche et al. Ti3+ states induced band gap reduction and enhanced visible light absorption of TiO2 nanotube arrays: Effect of the surface solid fraction factor
Bayram et al. Graphene/polyaniline nanocomposite as platinum-free counter electrode material for dye-sensitized solar cell: its fabrication and photovoltaic performance
Hajialilou et al. TiO2/rGO/Cu2O ternary hybrid for high-performance photoelectrochemical applications
Sedghi Effect of multi walled carbon nanotubes as counter electrode on dye sensitized solar cells
CN105734641B (zh) 一种复合结构二氧化钛纳米管阵列的制备方法
Weerasinghe et al. Efficiency enhancement of low-cost metal free dye sensitized solar cells via non-thermal atmospheric pressure plasma surface treatment
Liang et al. Selective electrodeposition of Ni into the intertubular voids of anodic TiO2 nanotubes for improved photocatalytic properties
CN102534725A (zh) 一种制备Ag2S掺杂TiO2纳米管电极的方法
Byranvand et al. Titania nanostructures for dye-sensitized solar cells
Alam et al. Fabrication and enhancement in photoconductive response of α-Fe2O3/graphene nanocomposites as anode material
CN104815638B (zh) 一种非晶纳米多孔二氧化钛负载石墨烯光催化薄膜的制备方法
Sharma et al. A quasi solid state dye sensitized solar cell based on gelatin/multiwalled carbon nanotube gel electrolyte and ZnO nanorod photoanode

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20181023

Termination date: 20210317