[发明专利]二氧化钛聚苯胺复合纳米管阵列及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米管阵列及制备方法，尤其是一种二氧化钛聚苯胺复合纳米管阵列及其制备方法。

背景技术

二氧化钛是一种重要的半导体功能材料，属于电子导电型(n型)半导体，虽具有较高的氧化还原电位和强的光催化活性而被广泛应用于污染物降解、染料敏化太阳能电池和燃料电池等方面，却因其自身的禁带宽度较大，对可见光的利用率不高，影响了其大规模的应用。导电聚合物的聚苯胺属于空穴导电型(p型)半导体，具有环境稳定性好，成本低廉，易于制备且导电性可调的优点。为此，人们试图将二氧化钛和聚苯胺复合在一起以实现优势互补而作了一些尝试和努力，如在2004年新疆大学硕士研究生学位论文《聚苯胺及二氧化钛纳米管基复合材料的电化学电容行为》中公开了一种聚苯胺/TiO₂纳米管复合材料及其制备方法。复合材料为TiO₂纳米管上沉积有聚苯胺；制备方法先采用水热合成法获得TiO₂纳米管，再向含有硫酸和苯胺单体的溶液中加入一定量的TiO₂纳米管，之后，先于搅拌状态下加入过硫酸铵溶液，并使反应温度恒定在0℃下保持2小时，再经过滤、重复洗涤和真空干燥处理获得复合材料。但是，无论是复合材料，还是其制备方法，都存在着不足之处，首先，复合材料中的TiO₂纳米管之间不是有序排列，而是呈杂乱无章的堆积状态，这极不利于纳米尺寸的复合材料独具性能的充分发挥和对其进行的后续操作；其次，聚苯胺是包覆于TiO₂纳米管之外表面的，且两者之间仅为物理结合，相互间的作用力不强，既不利于电子传导，也压制了其可能存在的新的优异性能，极大地限制了其潜在的应用领域；再次，制备方法不能制得TiO₂纳米管有序排列、管中复合有聚苯胺的复合管阵列。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种排列有序的二氧化钛纳米管中原位聚合有共价结构的聚苯胺管的二氧化钛聚苯胺复合纳米管阵列。

本发明要解决的另一个技术问题为提供一种二氧化钛聚苯胺复合纳米管阵列的制备方法。

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：二氧化钛聚苯胺复合纳米管阵列包括管内直径为90～110nm、管长为10～30μm的二氧化钛纳米管阵列，特别是，

所述构成管阵列的二氧化钛纳米管中复合有聚苯胺管，所述聚苯胺管的管外直径为90～110nm、管壁厚为10～20nm。

为解决本发明的另一个技术问题，所采用的另一个技术方案为：二氧化钛聚苯胺复合纳米管阵列的制备方法包括二次阳极氧化法，特别是完成步骤如下：

步骤1，先将金属钛片作为阳极、石墨片作为阴极置于电解液中，于直流电压为50～70V下阳极氧化1.5～2.5h，其中，电解液由0.2～0.4wt％的氟化铵、1.6～2wt％的水和余量为乙二醇相混合而成，再将其置于去离子水或蒸馏水中超声清洗至少3min后干燥，接着，先将其已被阳极氧化过的一面再次于同样的工艺条件下进行第二次阳极氧化1.5～2.5h后，再对其进行洗涤和干燥处理，得到二氧化钛纳米管阵列；

步骤2，先将二氧化钛纳米管阵列置于温度为100～110℃的水蒸气中热处理至少20min，再将其置于120～130℃下烘干，接着，先将其置于浓度为13～17mM的苯胺基甲基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中浸泡至少20h，再用乙醇对其进行清洗后烘干，得到二氧化钛纳米管内壁上附有苯胺基的中间产物；

步骤3，先将中间产物置于浓度为0.8～1.2M的苯胺盐酸水溶液中浸泡至少2h，再将等量的浓度为0.8～1.2M的过硫酸铵盐酸水溶液滴加到置有中间产物的苯胺盐酸水溶液中，其中，苯胺盐酸水溶液中的苯胺与盐酸间的摩尔比为1∶1，过硫酸铵盐酸水溶液中的过硫酸铵与盐酸间的摩尔比为1∶1，之后，先将滴加有过硫酸铵盐酸水溶液的其中置有中间产物的苯胺盐酸水溶液置于0℃下保温至少10h，再对中间产物进行清洗和干燥的处理，制得二氧化钛聚苯胺复合纳米管阵列。