[发明专利]一种Cu2O/TiO2纳米管阵列及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于环境科学领域，具体涉及一种新颖、高效环境功能纳米材料— Cu₂O/TiO₂纳米管阵列及其制备方法。

背景技术

阳极氧化法制备二氧化钛纳米管阵列，具有比表面积大，孔径可调等优良特 性，其特殊的纳米管状结构，已成为各国科学领域的研究热点。阳极氧化法制备 二氧化钛纳米管阵列的电解液通常无机水溶液体系，由于各种离子在水溶液中迁 移速度相对较快，电化学阳极氧化的速度也快速，可在比较短的时间内形成纳米 管阵列。但施加的阳极氧化电压一般只能在10～25V的范围内，超出此电压范围 就不能形成纳米管状结构，这同时在一定程度上限制了纳米管的管径，而且在水 溶液体系中制备的纳米管管壁较薄，容易破损。申请号为200410021589.X的发 明公开了一种高长径比二氧化钛纳米管阵列的制备方法，其电解液的溶质为氟化 物和支持电解质，溶剂为水，并加入醇类添加剂，在3～50V电压条件下电解， 这种纳米管管子仍较短，只有250纳米长，比表面积不够大，且只能吸收紫外光 区的光，不能充分利用自然界太阳光。申请号为200910229191.8的发明，采用 交流电沉积的方法制备一维Cu₂O/TiO₂核壳结构阵列薄膜，该方法有效控制了Cu₂O 颗粒在TiO₂纳米管中的位置。而本发明是应用脉冲电沉积技术将单质铜沉积到 TiO₂纳米管阵列上，再结合电氧化技术，在碱性溶液中将单质铜氧化为Cu₂O纳米 丝以构建Cu₂O/TiO₂异质结纳米管阵列，首次获得了直径小于5nm的超细Cu₂O 纳米丝网修饰的TiO₂纳米管阵列，这些纳米丝相互缠绕连接形成网络结构附着在 TiO₂纳米管阵列上，但完全没有堵塞TiO₂纳米管。而且显著增大了光催化剂的比 表面积和吸附能力，拓宽了其在可见光区的吸收范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新颖、高效的可进一步增强二氧化钛纳米管阵列 的吸附能力和电子传导能力，拓宽其在可见光区的吸收范围，提高其光电转换效 率的Cu₂O/TiO₂纳米管阵列环境功能纳米材料及其制备方法。

本发明的的目的是通过以下方式实现的。

一种Cu₂O/TiO₂纳米管阵列的制备方法，包括以下步骤：

(1)在25～100V直流电压下，以纯钛或钛合金为阳极，铂片为阴极，在电解 液中电解制备二氧化钛纳米管；在400℃-500℃有氧条件下将制备的二氧化钛纳 米管阵列煅烧4-6h，使其晶化成TiO₂纳米管阵列；

(2)将2cm×5cm的TiO₂纳米管阵列置5mmol-20mmolCuSO₄溶液中，采用脉冲电 镀的方法在以铂片为对电极，Ag/AgCl为参比电极，TiO₂纳米管阵列为工作电极 的标准三电极体系中电沉积单质铜；通断电压比为-1v∶-0.00001v；通断时间比 为0.2∶1，得到Cu/TiO₂复合纳米管阵列；

(3)采用步骤(2)得到的Cu/TiO₂复合纳米管阵列为阳极，铂片为阴极的二电 极体系，电极间距2cm，电压为0.5V，无搅拌条件下在0.5M-2M的NaOH碱性溶 液中电氧化30min，得到超细Cu₂O纳米线修饰的TiO₂纳米管阵列。

步骤(1)所述的电解液由质量百分含量为0.5-3％的氢氟酸的二甲基亚砜或 者质量百分含量为0.25-0.5％的NH4F的醇溶液组成。