[发明专利]聚吡咯颗粒和二氧化钛纳米管列阵的复合材料制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及新型材料制备领域，特别涉及一种聚吡咯颗粒和二氧化钛纳米管列阵的复合材料制备方法。

背景技术

导电聚合物，例如聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺等，由于具有特殊的结构和优异的物化性能，因此成为了材料科学研究的热点。其中，聚吡咯由于其具有典型的共轭大π键结构而表现出良好的导电性和抗氧化性能，以及易于合成和掺杂等优点，使其作为热门的聚合物材料，在电极材料、传感器、太阳能电池、超级电容器等领域均有广泛的应用，是目前导电高分子研究领域最受关注的研究方向之一。

聚吡咯纳米结构(纳米颗粒、棒、管、纤维等)可以由微乳液聚合法、界面聚合法和电化学聚合法得到，也可以在模板、表面活性剂或离子液体存在下聚合而成，这样合成的聚吡咯纳米结构兼具低维纳米材料和导电聚合物的优点，两者的协同效应使电极的电化学信号放大、电催化活性可提高2～4个数量级。检出限最高可提升5万倍；聚吡咯纳米生物传感器在生物医学工程、临床诊断、环境监测、食品卫生和科学等领域展现出广阔的应用前景，是一个重要的研究热点。

TiO₂(二氧化钛)相对于其他半导体材料，具有较高的热稳定性和光化学稳定性，与其他形态的TiO2材料相比，它具有更强的吸附能力和更大的比表面积，因而在光催化领域具有十分广阔的应用前景。但是TiO₂半导体光催化剂在实际应用中存在一些缺陷，如带隙较宽(Eg＝3.2V)，光吸收波长主要局限在紫外区，对太阳光能的吸收利用率低；半导体载流子的复合率高，量子效率较低，所以需要对TiO₂材料进行修饰，提高其对太阳光的利用率。

现有技术中还不能提供一种无需溅射工艺、操作方便的利用聚吡咯颗粒对二氧化钛纳米管列阵进行修饰、以合成复合材料的制备方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种聚吡咯颗粒和二氧化钛纳米管列阵的复合材料制备方法，本方法以电极为聚合面，无需溅射工艺，方法简便，成本低廉，合成出的复合材料具有广泛的应用价值。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

该聚吡咯颗粒和二氧化钛纳米管列阵的复合材料制备方法包括以下步骤：

1)合成二氧化钛纳米管列阵，并经焙烧得到锐钛矿型二氧化钛纳米管列阵；

2)在由十二烷基苯磺酸钠和吡咯单体组成的水溶液中，将焙烧后的二氧化钛纳米管列阵作为工作电极，铂电极作为辅助电极，控制电压在0.8～1.0V的条件下电化学聚合15～120min，得到聚吡咯颗粒和二氧化钛纳米管列阵的复合材料成品，其中，十二烷基苯磺酸钠在水溶液中的浓度为0.05～0.15mol/L，吡咯单体在水溶液中的浓度为0.05～0.1mol/L。

进一步，在步骤1)中，所述二氧化钛纳米管列阵的合成包括以下步骤：

(a)将钛箔片依次放入质量百分比浓度为15～30％的盐酸、无水乙醇、蒸馏水中，分别进行超声清洗，去除其表面氧化物；

(b)将清洗晾干后的钛箔片作为阳极，铂片作为阴极置于0.16～0.20M的HF溶液中，在20～25V的电压下常温反应1～2h，然后取出立即用蒸馏水清洗干净，通过该步骤形成非晶态二氧化钛纳米管列阵；

进一步，在步骤1)中，所述焙烧是指将通过合成步骤(b)得到的非晶态二氧化钛纳米管列阵在氮气或空气氛围中焙烧1～2h，焙烧温度为400～600℃，优化温度为400～450℃，得到锐钛矿型二氧化钛纳米管列阵；

进一步，在焙烧过程中，焙烧温度为400～450℃；

进一步，在步骤(a)中，钛箔片的纯度大于等于99.6％。

本发明的有益效果是：

1.本发明提出了一种利用恒电位在二氧化钛纳米管列阵上负载纳米聚吡咯颗粒的方法，其实施方法简便，成本低廉，易于操作；

2.本发明使用纳米聚吡咯颗粒来对二氧化钛纳米管列阵进行修饰，充分发挥两种纳米材料的优点，利用二者的协同作用和纳米尺寸效应有效提高了光催化性能；本发明得到的复合材料具备了导电聚合物化学修饰电极所具有的电化学响应信号大、易观察、性质稳定、具有一定的抗干扰能力等优点，该产品在传感器、太阳能电池、光催化技术等许多高科技领域有重要用途。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明