[发明专利]一种Pd掺杂TiO2纳米管阵列复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米科学和光催化技术领域，尤其是涉及一种Pd掺杂TiO₂纳米管阵列复合材料的制备方法。

背景技术

自2001年首先报道了采用阳极氧化钛箔制备TiO₂纳米管有序阵列的方法以来，对于纳米尺度上的金属氧化物有序结构的研究就成为纳米材料研究领域中的一个热点，这是因为TiO₂纳米管有序阵列具有区别于纳米粉体的奇异特性，由于其独特的纳米管有序结构为光生电子与其它物质(例如水分子)的充分接触提供了有效的渠道，因此在光解水制氢方面呈现出极高的光电转化效率。另外，其还具有高效的吸附性能以及优异的氢敏性能、微波吸收性能等，使这种纳米有序阵列材料在洁净太阳能利用、环保、生物安全等领域有着重要的应用前景。但是，作为一种重要的化合物半导体材料，TiO₂的禁带宽度决定它只能吸收太阳光中不到5％的紫外光，不能被占太阳光中绝大部分的可见光激发，这无疑大大限制了TiO₂纳米管有序阵列的实用化进程。

近年来，研究发现贵金属修饰TiO₂可以改变体系的电子分布，形成Schottky能垒，进一步抑制光生电子和空穴的复合，能有效地降低光生载流子的复合效率，其对甲基橙的降解效率明显优于纯TiO₂纳米管阵列。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种Pd掺杂TiO₂纳米管阵列复合材料的制备方法，其制备工艺简单、操作方便且设计合理，并且所制备的Pd掺杂TiO₂纳米管阵列性能优良，具有较高的光电转换效率，能有效推动TiO₂纳米管有序阵列的实用化进程。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种Pd掺杂TiO₂纳米管阵列复合材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、对经预处理的纯钛片进行阳极氧化，其包括以下步骤：

1.1、预处理纯钛片：采用常规机械加工方式去除待处理纯钛片表面的氧化层，所述纯钛片为一平整且厚度为0.1～1.0mm的片材；

1.2、配制电解液：将含卤原子的离子化合物作为溶质溶于无水有机溶剂，且加入适量水均匀混合后制得电解液，所述无水有机溶剂与水的体积比为95～99∶1～5，所述溶质与电解液的质量比为0.2～1.3∶100；

1.3、将经预处理的纯钛片置于所述电解液中进行阳极氧化反应后，制得TiO₂纳米管阵列的一级初步产品：以经预处理的纯钛片作为阳极，不锈钢箔电极或铜箔电极作为阴极，且利用电压为20～110V的直流电源对预处理的纯钛片进行阳极氧化，氧化温度为10～70℃，氧化时间为1～128h；

步骤二、将所述一级初步产品从所述电解液中立即取出且用去离子水清洗后，放入盛有无水乙醇的器皿中，再将所述器皿置于超声波清洗器内进行超声震荡，震荡时间为0.1～1.5h，获得TiO₂纳米管阵列附着在纯钛基体上的二级初步产品；

步骤三、将所述二级初步产品用无水乙醇清洗干净后，放入浓度为0.01～0.5mol/L的PdCl₂溶液中浸渍5～20h，之后从PdCl₂溶液中取出后烘干，获得三级初步产品；

步骤四、将所述三级初步产品放在紫外灯下照射使得吸附在所述三级初步产品上的PdCl₂中的Pd²⁺离子直接还原为Pd粒子，即获得成品；所述紫外灯的功率为50～500W且照射时间为0.2～6h；

步骤五、将所述成品放入无水乙醇进行清洗并晾干或烘干。

上述步骤1.2中所述含卤原子的离子化合物为HF、NaF、KF或NH₄F。

上述步骤1.2中所述的无水有机溶剂为乙二醇、丙三醇、甲醇、甲酰胺和亚甲基砜蓝中的任一种溶剂或多种溶剂混合而成的混合溶剂。

上述步骤1.2中所述的去除待处理纯钛片表面的氧化层后，通过超声清洗器依次用去离子水、乙醇和丙酮对处理后的纯钛片进行超声清洗并用烘箱烘干。

上述步骤1.2中所述经预处理的纯钛片为长方形或圆形片材。

上述步骤五中所述的将所述成品放入无水乙醇进行清洗后，放入普通干燥箱进行干燥。

上述所述超声清洗器的超声清洗时间为15±3min。