[发明专利]一种同轴异质二氧化铈纳米管-二氧化钛纳米管阵列薄膜

说明书

技术领域

本发明属于无机半导体纳米材料技术领域，涉及一种同轴异质双管：二氧化铈纳米管-二氧化钛纳米管阵列薄膜及其制备方法。 

背景技术

有序TiO₂纳米管阵列薄膜因其具有优异的光电、催化、传感性能，成为纳米材料研究的热点之一。由于这种材料与粉体纳米TiO₂薄膜相比具有更大的比表面积和更强的吸附能力，其潜在的应用领域也更加广阔，目前，许多科研机构开展了其在敏感器件、光催化、生物材料等很多领域的应用研究。 

TiO₂纳米管结构具有有序阵列结构形式，应用该材料可以提高光生电荷的传输寿命并降低其复合几率。因此TiO₂纳米管阵列可以用于高灵敏度传感器、燃料染料敏化太阳能电池、水解制氢等方面。例如在室温下Ti0₂纳米管阵列可以测试到1000μl/L的氢气含量(化学吸附氢气后的TiO₂纳米管薄膜电导增加8个数量级)，这是目前所知道的对氢气最敏感材料。最近的应用研究还包括染料敏化太阳能电池。通过控制纳米管的取向性生长、排列及晶型结构等，使得纳米管在界面间具有优异的电子渗透传输通道，利用这类Ti0₂纳米管阵列薄膜组装的燃料敏化太阳能电池体系在AM1.5条件下光电转化效率已达到6.9％。有序TiO₂纳米管阵列薄膜还具有显著的光分解水特性，在紫外光(320～400nm)照射下，目前报道的纳米管阵列的光电转化效率最高可达到16.25％。此外，纳米管阵列薄膜可形成排列整齐的有序双通孔结构，可应用于微流控制、分子过滤、药物输送及生物组织工程等高技术领域。 

为进一步扩展TiO₂纳米管阵列的光频谱响应范围、抑制光生载流子的复合，对TiO₂纳米管阵列进行修饰、改性成为研究的焦点。例如，专利号为200710188544.5的中国专利“一种同轴双管二氧化钛纳米管阵列薄膜及其制备方法”公开了一种化学成分为Nb、Mo、Zr、0、Ti的同轴双管二氧化钛纳米管阵列薄膜，薄膜具有显著的半导体综合性能、优良的光催化性能、良好的生物活性。 

二氧化铈纳米管具有优异的光催化性能和氧化还原性能，被认为是理想的催化剂材料。但是，经检索尚未见有同轴异质CeO₂纳米管-TiO₂纳米管阵列薄膜的报道。 

发明内容

针对现有技术的不足，本发明要解决的问题是提供一种同轴异质CeO₂纳米管-TiO₂纳米管阵列薄膜及其制备方法。利用本发明能成功地实现同轴异质纳米复合管结构的制备。 

本发明所述同轴异质二氧化铈纳米管-二氧化钛纳米管阵列薄膜，其特征在于所述薄膜由如下方法制得： 

(1)将钛箔机械加工成10±2mm×20±5mm的片状，用240^#、360^#、500^#、800^#、1200^#或1500^#砂纸打磨光亮，再采用粒度为1.0的金刚石抛光膏进行机械抛光，随后采用超声波依次在乙醇、丙酮中超声除油2～5分钟，之后用去离子水进行漂洗，烘干后，待用； 

(2)以处理后的钛箔为阳极，以铂片为阴极，含0.3～0.5wt％NH₄F(重量百分比) 和2～5vol％H₂0(体积百分比)的乙二醇溶液为电解液，在室温并磁子搅拌下，进行电化学反应；其中：电极间距为30±2mm，电压为20～60V，阳极氧化时间12～24小时； 

(3)用去离子水漂洗生成有TiO₂纳米管阵列的阳极——钛箔，干燥后，浸入0.8～1.5mol/L的盐酸溶液中超声处理0.5～1小时，溶解掉TiO₂纳米管； 

(4)将步骤(3)所述阳极——钛箔再作阳极，重复步骤(2)，进行二次阳极氧化； 

(5)用乙醇、去离子水分别漂洗生成有TiO₂纳米管阵列的阳极——钛箔5～6遍，干燥后在马弗炉中进行退火处理，控制升温速率为1～2℃/min，恒温区温度范围为500～700℃，恒温区处理时间为0.5～2小时，获得覆有多孔的TiO₂纳米管阵列的钛基片；