[发明专利]一种树枝状二氧化钛纳米管阵列电极的制备工艺

说明书

技术领域

本发明属于低维氧化物纳米结构材料及低温液相法电极材料制备技术领域，具体涉及一种首先用阳极氧化法制备二氧化钛纳米管阵列(TNTs)作为寄宿骨架，然后，用低温液相法生长出树枝状二氧化钛纳米棒(TBT)，从而得到树枝状二氧化钛纳米管阵列(TBNT)，再组装成染料敏化电池、光电化学电池、光催化等器件工作电极的制备工艺。

背景技术

1999年，Zwilling等人报道了用金属钛片在含氟电解液中用阳极氧化法制备了二氧化钛(TiO₂)纳米管阵列(参考文献：Zwilling V.et al.Anodic Oxidation of Titanium and TA6V Alloy in Chromic Media.An Electrochemical Approach[J].Electrochemical Acta，1999，45(6)：921-929)。从此，电化学自组织低维纳米TiO₂，尤其是TiO₂纳米管的制备和应用研究引起广泛关注。为增加比表面积，2009年底，Jae-Kyung Oh等人报道了用TiO₂纳米颗粒作种子骨架，生长了树枝型TiO₂纳米棒并研究了它们在染料敏化太阳能电池方面的性质(Jae-Kyung Oh，et al.TiO₂ Branched Nanostructure Electrodes Synthesized by Seeding Method for Dye-Sensitized Solar Cells.Chem.Mater.[J]，2010，22(3)：1114-1118)。TiO₂纳米管阵列具有巨大应用前景，不仅是因为它具有了比较宽的半导体能带间隙，同时也由于纳米管状结构所具有的特殊性质，例如它们的量子限局效应，高度有序的取向和大的比表面积，能有效改善电子-空穴的界面分离，载流子的定向传输及界面物理化学反应，使其在染料敏化电池、光电化学电池、光催化降解污染物、传感器等技术领域有重要的应用前景。但迄今为止，还未见有人报道，在TiO₂纳米管阵列上生长TBT的研究工作。

发明内容

本发明提供一种带树枝状TiO₂纳米棒的TiO₂纳米管阵列电极的制备工艺，具体为：首先用阳极氧化法，以钛箔作阳极，氟化铵、乳酸和二甲亚枫混合液作电解质制备TNTs；然后，采用低温液相法以盐酸和TTIP水溶液为生长液，在上述预制备的TNTs上生长出形似树枝的TBT，即得到所需TBNT。再以TBNT为原料装配成染料敏化电池、光电化学电池、光催化等器件的工作电极。

上述方案中，其具体工艺步骤如下：

(1).选用厚度为0.2mm，纯度为99.99％钛箔裁剪成2cm×3cm方块，用稀释后的氢氟酸和硝酸的水溶液进行化学抛光预处理，除去表面的氧化物，再用无水乙醇和二次水清洗晾干后作为待用阳极；

(2).用0.4g～5g氟化铵、80ml～90ml乳酸混合搅拌至充分溶解，再加入8ml～12ml的二甲亚枫搅拌后作为阳极氧化法制备TNTs的电解质；

(3).用碳棒或者铂电极作阴极材料，自制一个阳极氧化槽，加入电解质，在室温条件下，加上50V的直流电压，保持10h，得到无定型结构的TNTs；然后，用400℃退火1h即得到晶化的TNTs；

(4).实验室温度环境下，用1ml～2ml浓度为36-38％的浓盐酸和28.5ml的蒸馏水混合配制成30ml的溶剂，搅拌15min，再缓慢地滴加入2ml～3ml的TTIP搅拌0.5h，然后静放0.5h作为生长液；

(5).用低温液相法，在实验室温下，将上述“(3)”中预制备好的TNTs作为寄宿骨架，放入盛装生长液的玻璃杯中，玻璃杯置入95℃水浴锅中，保持6h～12h，生长出形似树枝的TBT，便在TNTs上生长出TBT，棒子长度随着生长时间增长，再用无水乙醇和二甲苯浸泡生长有TBT的TNTs，然后烘干，再用400℃退火1h即得到所需晶化了的TBNT；

(6).以TBNT为原材料，根据电极需要进行裁剪、整形、涂抹防短路修饰液，封装成染料敏化、光电化学、光催化电池器件的工作电极。

这里特别指出：上述所用药品均使用分析纯标准的实验用药品。

本发明的主要技术优点在于：