[发明专利]利用多步阳极氧化法制备梯度TiO2纳米管阵列薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备纳米管阵列薄膜的方法，特别是涉及一种利用多步阳极氧化法制备梯度TiO₂纳米管阵列薄膜的方法。

背景技术

与其他形态纳米TiO₂材料相比，TiO₂纳米管阵列薄膜具有形貌规整，比表面积大，易于回收，再生性好等特点，因此TiO₂纳米管阵列薄膜在光催化、光电化学及超亲水性等方面的性能明显优于其相应的材料，特别在染料敏化太阳能电池，光催化剂及自洁材料等领域具有广阔的市场应用前景。另一方面，TiO₂纳米管的制备技术已经经过了一段时间的发展，形成了各种制备方法，包括水热合成法、模板合成法、电化学沉积法、溶胶-凝胶法和阳极氧化法等。其中阳极氧化法是一种操作简单，对设备要求不苛刻，实验条件控制简便的常用的制备方法。用这种方法制备出的TiO₂纳米管阵列薄膜具有比表面积大，纳米管排列规整，管径及管长可控的特点，是制备TiO₂纳米管阵列薄膜的理想方法。

传统的阳极氧化法是将“阀金属”基片与对电极构成两电极系统，在一  定的电压下生成纳米管阵列薄膜的，是一种单步的阳极氧化法。这种单步阳极氧化法是通过选择特殊的电解液以及控制阳极氧化条件等制备出形貌不同的纳米管阵列薄膜。如中国专利CN 101016637A(公开日2007年8月15日)公开了一种“用阳极氧化法制备TiO₂纳米管阵列薄膜的方法”，该方法是以二甲基甲酰胺和氢氟酸为主要原料配制成有机电解液，通过阳极氧化反应在钛箔片上生长出TiO₂纳米管阵列薄膜。具有优良形貌的纳米管阵列薄膜的应用价值要远高于一般纳米管阵列薄膜。

但传统的单步阳极氧化法也存在着以下几点不足：(1)在单一电解液中合成纳米管阵列薄膜的形貌受到电解液本身属性的影响，电解液不改变，很难合成出梯度纳米管阵列薄膜；(2)使用单步阳极氧化时，其应用的电化学条件是固定的，很难在固定的电化学条件下合成出梯度纳米管阵列薄膜。因此传统的单步阳极氧化法并不适合制备梯度纳米管阵列薄膜。到目前为止在“阀金属”单质基片上制备出具有梯度特点的纳米管阵列薄膜未见文献报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用多步阳极氧化法制备梯度TiO₂纳米管阵列薄膜的方法。

本发明所提供的一种利用多步阳极氧化法制备梯度TiO₂纳米管阵列薄膜的方法，包括以下步骤：

(1)钛箔片的预处理

采用高纯钛箔片为基板，分别用400目、600目、800目、1000目以及1200目SiC砂纸打磨，再用0.05μm的Al₂O₃抛光至镜面亮度，将抛光后的钛箔片先后放入丙酮和去离子水中超声清洗10分钟，烘干后备用；

(2)电解液的制备

水基电解液的配制：将磷酸与去离子混合配制成摩尔浓度为0.1～10摩尔/升的磷酸溶液，然后将氢氟酸加入到上述磷酸溶液中，配制成含有氢氟酸质量百分数为0.1～10％的水基电解液，

有机电解液的配制：将氟化铵加入到甘油中，配制成含有氟化铵质量百分数为0.1～10％的有机电解液；

(3)多步阳极氧化法制备梯度TiO₂纳米管阵列薄膜

A.首步阳极氧化：于室温条件下，在10～30伏特的恒压下，将预处理后的钛箔片与铂片构成两电极系统放入到水基电解液中进行阳极氧化0.5～5小时，将阳极氧化后的钛箔片用去离子水清洗后干燥；

B.二步阳极氧化：将步骤A得到的钛箔片再次与铂片构成两电极系统放入到有机电解液中，在10～40伏特的恒压下进行阳极氧化1～30小时，将阳极氧化后的钛箔片用无水乙醇和去离子水清洗后干燥；

C.多步阳极氧化：继续重复步骤A和步骤B，得到梯度TiO₂纳米管阵列薄膜。如图1所示。

本发明方法与传统的单步阳极氧化法相比，具有以下有益效果：

1.多步阳极氧化方法属于电化学反应方法，其特点是低能耗，在反应过程中不会产生对环境有污染的物质，是一种环保型绿色方法；

2.分别在不同电解液中进行多步阳极氧化反应可以制备出兼具单独在这些电解液中制备出的TiO₂纳米管阵列薄膜的特点；

3.工艺简便，操作简单，适宜大规模生产；